5G - Tổng quan về các tiêu chuẩn, thí nghiệm, thách thức, phát triển và thực hiện

1) Phương pháp mã hóa để tích hợp nhiều hình ảnh có độ phân giải cao được ghi lại từ các góc nhìn khác nhau vào một luồng đơn. 2) Kỹ thuật truyền và lưu trữ dữ liệu khối lượng lớn vào m[r]

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG

ISO 9001:2015

5G – TỔNG QUAN VỀ CÁC TIÊU CHUẨN, THÍ NGHIỆM, THÁCH THỨC, PHÁT TRIỂN VÀ

THỰC HIỆN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỬ TRUYỀN THƠNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG

ISO 9001:2015

5G – TỔNG QUAN VỀ CÁC TIÊU CHUẨN, THÍ NGHIỆM, THÁCH THỨC, PHÁT TRIỂN VÀ

THỰC HIỆN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỬ TRUYỀN THƠNG

Sinh viên: Hồ Hải Hồng

Người hướng dẫn: TS Mai Văn Lập

Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam

Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc

-o0o - BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG

NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

Sinh viên : Hồ Hải Hoàng – MSV : 1412103011 Lớp : ĐT1801 - Ngành Điện Tử Truyền Thông

NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI

1 Nội dung yêu cầu cần giải nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp ( lý luận, thực tiễn, số liệu cần tính tốn vẽ)

Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính tốn

CÁC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Người hướng dẫn thứ nhất:

Họ tên : Học hàm, học vị : Cơ quan công tác : Nội dung hướng dẫn :

Mai Văn Lập Tiến sĩ

Trường Đại học dân lập Hải Phịng Tồn đề tài

Người hướng dẫn thứ hai: Họ tên : Học hàm, học vị : Cơ quan công tác : Nội dung hướng dẫn :

Đề tài tốt nghiệp giao ngày 15 tháng 10 năm 2018

Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày 07 tháng 01 năm 2019

Đã nhận nhiệm vụ Đ.T.T.N Sinh viên

Hồ Hải Hoàng

Đã giao nhiệm vụ Đ.T.T.N Cán hướng dẫn Đ.T.T.N

TS Mai Văn Lập

Hải Phòng, ngày tháng năm 2019 HIỆU TRƯỞNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự - Hạnh phúc

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TỐT NGHIỆP Họ tên giảng viên: Đơn vị công tác: Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Nội dung hướng dẫn: 1 Tinh thần thái độ sinh viên trình làm đề tài tốt nghiệp

2 Đánh giá chất lượng đồ án/khóa luận (so với nội dung yêu cầu đề nhiệm vụ Đ.T T.N mặt lý luận, thực tiễn, tính toán số liệu…)

Ý kiến giảng viên hướng dẫn tốt nghiệp

Được bảo vệ Không bảo vệ Điểm hướng dẫn

Hải Phòng, ngày … tháng … năm

Giảng viên hướng dẫn

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự - Hạnh phúc

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN CHẤM PHẢN BIỆN

Họ tên giảng viên: Đơn vị công tác: Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Đề tài tốt nghiệp: 1 Phần nhận xét giáo viên chấm phản biện

2 Những mặt hạn chế

3 Ý kiến giảng viên chấm phản biện

Được bảo vệ Không bảo vệ Điểm hướng dẫn

Hải Phòng, ngày … tháng … năm

Giảng viên chấm phản biện

LỜI CẢM ƠN

Khi em nghiên cứu đề tài, trình thực đồ án nỗ lực, cố gắng thân em nhận hướng dẫn, giúp đỡ, động viên khơng nhỏ từ phía thầy giáo, cô giáo bạn bè Em xin gửi lời cảm ơn trân thành đến:

Thầy giáo TS Mai Văn Lập trực tiếp giúp em định hướng đề tài đồ án tận tình hướng dẫn, giải đáp thắc mắc Thầy chia sẻ kiến thức chuyên môn sâu kinh nghệm quý báu giúp em hoàn thành đồ án

Đồng thời em xin cám ơn đến thầy giáo, cô giáo môn bạn lớp ĐT1801 nhiệt tình chia sẻ, giúp đỡ động viên suốt trình làm đồ án

Cho dù em cố gắng, nỗ lực trình thực đồ án có nhiều kiến thức Cho nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót câu văn dịch từ tiếng anh không rõ nghĩa Em mong nhận góp ý, bảo tận tình q thầy giáo, giáo bạn đồng mơn

Hải Phịng, tháng năm 2019

Sinh viên thực

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT TỪ VIẾT

TẮT

ENGLISH TIẾNG VIỆT

3GPP 3rd Generation Partnership Project

Dự án đối tác hệ thứ

AMPS Advanced Mobile Phone System

Dịch vụ điện thoại di động cao cấp

API Application Programming Interface

Giao diện lập trình ứng dụng

AR Augmented Reality Thực tế tăng cường

BI Business Intelligence Kinh doanh thông minh

BS Base Station Trạm gốc

BTS Base Tranceiver Station Trạm thu phát gốc CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia

theo mã

CDN Content Distribution Network Mạng phân phối nội

dung

CQI Channel Quality Indicator Chỉ số chất lượng kênh C-RAN Cloud Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến

đám mây

CSI Channel State Information Thông tin trạng thái kênh

D2D Divice to Divice Communication

Truyền thông thiết bị - thiết bị

DoS Denial of Service Từ chối dịch vụ

DU Digital Unit Đơn vị số

EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution

Cải tiến tốc độ liệu cho phát triển GSM

EE Energy Efficiency Hiệu suất lượng

eMBB Enhanced Mobile Broadband Băng rộng di động nâng cao

FBMC Filter Bank Multi-Carrier Đa sóng mang lọc băng tần

FDD Frequency Division Duplex Ghép song công phân chia theo tần số FDMA Frequency Division Multiple

Access

Đa truy nhập phân chia theo tần số

GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp

GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu

GSM Global System for Mobile Communication

Hệ thống thông tin di động toàn cầu

HSDPA High Speed Downlink Packet Access

Truy nhập gói đường xuống tốc độ cao HSUPA High Speed Uplink Packet

Access

Truy nhập gói đường lên tốc độ cao

IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers

Viện kỹ nghệ điện điện tử

IMT International Mobile Telecommunications

Viễn thông di động quốc tế

ITM Intelligent Traffic Management Quản lý lưu lượng thông minh

IoT Internet of Things Mọi vật kết nối internet

IP Internet Protocol Giao thức internet

IS Interim Standard Tiêu chuẩn tạm thời

ISDN Integrated Services Digital Network

Mạng số tích hợp đa dịch vụ

ITU International

Telecommunication Union

Liên minh viễn thông quốc tế

LTE Long Term Evolution Phát triển dài hạn

MAC Medium Access Control Lớp điều khiển truy cập môi trường

METIS Mobile and wireless

communications Enablers for Twenty-twenty (2020)

Information Society

Thông tin di động truyền thông không dây ứng dụng vào năm 2020 MIMO Multi-input Multi-output Đa đầu vào – đa đầu MMS Multimedia Messaging Service Dịch vụ tin nhắn đa

phương tiện

MMT MPEG Media Transport Cơng nghệ xử lý hình ảnh kỹ thuật số

mMTC Massive Machine Type Communications

Truyền thông máy số lượng lớn

MN Moving Network Mạng di chuyển

MRN Moving Relay Node Điểm chuyển tiếp di

động

MS Mobile Station Trạm di động

MVC Multi-view Video Encoding Mã hóa đa video NFV Network Functions

Virtualization

Ảo hóa mạng

NI Network Intelligence Mạng thông minh

NOMA Non-Orthogonal Multiple Access

OAM Operation and Management Tổ chức quản lý OFDM Orthogonal Frequency

Division Multiplexing

Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDMA Orthogonal Frequency Division

Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo tần số trực giao

PHY Physical Layer Lớp vật lý

POTN Packet Optical Transport Network

Mạng truyền tải quang packet

QAM Quadrature Amplitude Modulation

Điều chế biên độ cầu phương

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

RAN Radio Access Network Mạng truy nhập vô tuyến RAT Radio Access Technology Công nghệ truy cập vô

tuyến

SDMA Space Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo không gian

SDN Software Defined Networks Công nghệ mạng xác định phần mềm

SE Spectral Efficiency Hiệu quang phổ

SIC Self – Interference Cancellation

Kỹ thuật tự hủy nhiễu SIM Subcriber Indentification

Module

Mô-đun nhật thực thuê bao

SINR Signal to Interference plus Noise Ratio

Tín hiệu nhiễu cộng với tạp âm

SMS Short Message Service Dịch vụ tin nhắn ngắn SON Self - Organizing Network Mạng tự tổ chức TACS Total Access Communications

System

Hệ thống thơng tin truy nhập tồn

TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền vận

TDD Time Division Duplex Ghép song công phân chia theo thời gian TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia

theo thời gian uCTN Unified Converged Transport

Network

Mạng vận tải hội tụ hợp

UE User Equipment Thiết bị người sử dụng

UMB Ultra Mobile Broadband Siêu băng thông rộng di động

UMTS Universal Mobile

Telecommunications System

Hệ thống viễn thơng di động tồn cầu

URLLC Ultra-Reliable and Low-Latency Communications

UX User Experience Trải nghiệm người dùng

VR Virtual Reality Thực tế ảo

WCDMA Wideband Code Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo mã băng rộng WiMax Worldwide Interoperability for

Microwave Access

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1 Giới thiệu chung

1.1 Lịch sử đời phát triển

Ở cuối kỷ thứ 19 Marconi thông tin vơ tuyến liên lạc cự ly xa, máy phát máy thu có khả liên lạc di động với Nhưng thời người ta liên lạc chủ yếu điện báo Morse

Trong năm 1895, hệ thống thông tin liên lạc không dây hệ thống phát triển nhanh thơng tin liên lạc thời xưa Nó sử dụng dịch vụ băng thông rộng di động

Các khái niệm hệ thống di động phát triển nhà nghiên cứu Phòng thí nghiệm AT & T Bell để giải vấn đề công suất hệ thống thông tin di động đầu Trái ngược với thông tin di động: Đầu tiên hệ thống, mà có trạm trung tâm (BS) bao phủ tồn vùng phủ sóng khu vực, hệ thống tế bào phân chia vùng phủ sóng vào tế bào không chồng chéo hoạt động với BS riêng Bằng cách khai thác thực tế sức mạnh tín hiệu truyền với khoảng cách, tần số tương tự tái sử dụng tiểu tế bào mà không cần giới thiệu nhiễu liên cell nặng hệ quả, khả làm tăng đáng kể việc sử dụng gói phổ tần số

Đến năm 1928 sở cảnh sát Bayone – Mỹ bắt đầu triển khai mạng vô tuyến truyền Do mạng vô tuyến truyền nên máy di động tốn nguồn cồng kềnh đặt ô tô để liên lạc trạm gốc BS trung tâm Chất lượng liên lạc lại đặc điểm địa hình truyền sóng di động phức tạp mà máy gồm 10 đèn điện tử thực chức tối thiểu

Trong năm 1947 Bell Labs cho ý tưởng mạng điện thoại di động tế bào: Các máy động tự chuyển vùng từ vùng tế bào sang vùng tế bào khác Các tế bào thiết kế nhằm phủ kín vùng phủ sóng (là vùng địa lý cung cấp dịch vụ di động), kết nối thành mạng thông qua chuyển mạch tổng đài động bố trí trung tâm vùng Những người sử dụng di động di chuyển vùng phủ sóng trạm gốc (Base station)

Nhưng ý tưởng Bell Labs không sử dụng hạn chế mặt cơng nghệ

Năm 1979 mạng di động tế bào đưa vào sử dụng Mỹ phát triển nhanh doanh thu thu lớnvà tính thuận tiện việc sử dụng Mạng động tế bào đời nhờ tiến kỹ thuật về:

- Có hệ thống chuyển mạch tự động với tốc độ chuyển mạch lớn, dung lương cao

- Sử dụng kỹ thuật vi mạch: VLSI đời (Very Large Scale Integrated Circuit) tích hợp linh kiện từ hàng trăm ngàn đến 106 transistor máy điện thoại di động Do giải khó khăn việc truyền sóng di động

Hệ thống thông tin di động tế bào số hay cịn gọi hệ thống thơng tin di động (Mobile Systems) hệ thống thông tinliên lạc truy cập với nhiều điểm khác (access point or base stations) vùng tế bào hay gọi Cell

Cell (tế bào hay ô): đơn vị sở mạng mà trạm MS (trạm di động) tiến hành việc trao đổi thông tin với mạng thông qua trạm thu phát gốc BTS (Base Transceiver Stations)

Hình 1.1: Cấu trúc mạng tế bào 1.2 Phân loại hệ thống thông tin di động

1.2.1 Phân loại theo đặc tính tín hiệu

- Digital: Thế hệ 2, cao hơn, thoại, điều khiển số hóa Ngồi dịch vụ thoại cịn có khả phục vụ dịch vụ khác truyền số liệu …

1.2.2 Phân loại theo cấu trúc hệ thống

- Các mạng vô tuyến tế bào: Cung cấp cac dịch vụ diện rộng với khả lưu động (roaming) toàn cầu (liên mạng)

- Vô tuyến viễn thông không dây (CT: Cordless Telecome) cung cấp dịch vụ diện hẹp, giải pháp kỹ thuật đơn giản, khơng có khả roaming

- Vành vô tuyến địa phương (WLL: Wireless Local Loop): Cung cấp dịch vụ điện thoại vô tuyến với chất lương điện thoại cố định cho vành đai quanh tram gốc, khơng có khả roaming Mục đích nhằm cung cấp dịch vụ điện thoại cho vùng mật độ dân cư thấp, mạng lưới điện thoại cố định chưa phát triển

1.2.3 Phân loại theo phương thức đa truy nhập vô tuyến a Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA

Mỗi thuê bao truy nhập mạng tần số, băng tần chung W chia thành N kênh vô tuyến Mỗi thuê bao truy nhập liên lạc kênh liên lạc kênh suốt thời gian liên lạc

+Ưu điểm: yêu cầu đồng không cao, thiết bị đơn giản +Nhược điểm:

- Thiết bị tram gốc cồng kềnh có kênh (tần số sóng mang kênh con) trạm gốc phải có nhiêu máy thu phát

- Cần phải đảm bảo khoảng cách bảo vệ kênh bị sóng mang chiếm nhằm mục đích phịng ngừa khơng hồn thiện lọc dao động Các máy thu đường lên đường xuống chọn sóng mang cần thiết theo tần số phù hợp

Như để đảm bảo FDMA tốt tần số phải phân chia quy hoạch thống toàn giới

b Đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA

-Trạm gốc đơn giản với tần số cần máy thu phát phục vụ nhiều người truy nhập phân biệt thời gian

- Các tín hiệu thuê bao truyền dẫn số -Giảm nhiễu giao thoa

+Nhược điểm:

-Yêu cầu đồng ngặt nghèo

- Loại máy điện thoại di động mà dùng kỹ thuật số TDMA phức tạp loại máy điện thoại di động dùng kỹ thuật FDMA Hệ thống xử lý số tín hiệu MS tương tự có khả xử lý khơng 106 lệnh giây, MS số TDMA phải có khả xử lý 50x106/s

c Đa truy nhập phân chia theo mã CDMA

Các thuê bao dùng chung tần số suốt thời gian liên lạc CDMA phân biệt nhờ kỹ thuật mã trải phổ khác nhau, nhờ không gây nhiễu lẫn Những thiết bị mà người sử dụng phân biệt với nhờ dùng mã đặc trưng, riêng biệt không trùng với

+Ưu điểm:

-Hiệu sử dụng phổ cao, có khả chuyển vùng miền đơn giản kế hoạch phân bổ tần số

- Khả chống nhiễu bảo mật cao, thiết bị trạm gốc đơn giản (1 máy thu phát) - Dải tần tín hiệu hoạt động rộng hàng MHz

- Những kỹ thuật trải phổ hệ thống truy nhập cho phép tín hiệu vơ tuyến sử dụng có cường độ trường hiệu FDMA, TDMA

+Nhược điểm:

- Yêu cầu đồng điều khiển công suất ngặt nghèo, chênh lệch công suất thu trạm gốc từ máy di động tế bào phải nhỏ 1dB, trái lại số kênh phục vụ

Hình 1.2: Các cơng nghệ đa truy nhập 1.2.4 Phân loại theo phương thức song song

+ FDD (Frequecy Divition Duplex: Song công phân chia theo tần số) Nó đượcthu phát đồng thời tần số khác nhau, phát tần số thu tần số Băng tần công tác gồm dải tần dành cho đường lên up-link từ MS tới BS đường xuống down-link từ BS tới MS Đường lên dải tần thấp MS có cơng suất nhỏ hơn, thường di động có khả bị che khuất Khi với giải pháp tần thấp (bước sóng lớn hơn) khả bị che khuất giảm

+ TDD (Time Divition Duplex: Song công phân chia theo thời gian) Một tần số chia khe thời gian Khung thời gian công tác chia đôi, nửa cho đường lên, nửa cho đường xuống

2 Một số hệ mạng di động

Các hệ di động khác có bốn khía cạnh là: - Truy cập vơ tuyến

- Tốc độ liệu - Băng thông

- Cấu hình chuyển mạch

Thế hệ đời vào thập niên 80 mạng thơng tin hệ 1G, mạng dùng tín hiệu tương tự (analog), băng thông khác từ 10 đến 30 Khz tùy thuộc vào loại hệ thống dịch vụ, dịch vụ chủ yếu thoại Tuy mạng chứa đựng nhiều khuyết điểm kỹ thuật đánh dấu đổi bước ngoặt quan trọng lịch sử truyền thơng Chính thế, để chứng kiến chuyển biến, thay đổi mạng thơng tin di động khắp giới vào đầu năm 90 người ta người ta cho đời hệ thứ hai mạng 2G với băng thông số 200 MHz Mạng 2G phân làm loại: dựa tảng đa truy nhập phân chia theo thời gian TDMA dựa tảng đa truy nhập phân chia theo mã CDMA Để đánh dấu điểm mốc thời điểm bắt đầu mạng 2G đời công nghệ D-AMPS (hay IS-136) tảng TDMA áp dụng Mỹ Sau mạng CdmaOne (hay IS-95) tảng CDMA áp dụng phổ biến châu Mỹ phần châu Á Tiếp theo công nghệ mạng GSM dựa tảng TDMA đời châu Âu sau triển khai toàn giới Mạng 2G đem lại nhiều lợi ích cho người sử dụng, tiêu biểu khả di động, chất lượng thoại hình ảnh đen trắng Tiếp nối mạng 2G mạng thông tin di động hệ di động thứ ba mạng 3G Sự cải tiến bật nhấtcủa mạng 3G dịch vụ so với hệ 2G khả đáp ứng truyền thơng với chuyển mạch gói tốc độ cao với băng thông rộng MHz giúp cho việc triển khai dịch vụ truyền thơng đa phương tiện với hình ảnh động Mạng 3G với mơ hình mạng UMTS dựa kỹ thuật công nghệ WCDMA mạng CDMA2000 CDMA

Theo nguyên lý dung lượng kênh truyền Shannon: C=B.log2(1+S/N)

Trong đó:

- C dung lượng kênh (bit/s)

- B băng thông hệ thống thông tin (Hz)

2.1 Hệ thống thông tin di động hệ 1G (First Generation) TE BTS TE BTS BSC BTS NMC ADC OMC OMC Um Um MS A-bis MS BS TE BTS TE BTS BSC BTS Um Um A-bis MS BS MSC GMSC HLR VLR EIR AUC A MS PSTN ISDN MT MT MT MT LA

Hình 1.4: Cấu trúc mạng hệ thống GSM Trong đó:

MS : Mobile Station (Trạm di động)

MT : Mobile Termination (Đầu cuối di động) TE : Terminal Equipment (Thiết bị đầu cuối)

Um : Giao diện vô tuyến trạm cố định trạm di động BS : Base Station (Trạm gốc cố định)

BSS : Base Station Systerm (Hệ thống trạm gốc) BTS : Base Tranceiver Station (Trạm thu phát gốc) BSC : Base Station Controller (Đài điều khiển trạm gốc)

MSC : Mobile Switching Centre (Trung tâm chuyển mạch di động) NMC : Network Management Centre (Trung tâm quản lý mạng) OMC : Operation Maintenace Centre (Trung tâm khai thác bảo trì) ADC : Administration Centre (Trung tâm quản trị điều phối)

GMSC : Gateway MSC (Tổng đài cổng)

PSTN : Public Switched Telephone Network (Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng)

ISDN : Intergrated Service Digital Network (Mạng tích hợp số đa dịch vụ) LA : Location Area (Vùng định vị)

Chức trạm:

Trạm di động (Mobile Station): thiết bị mà thuê bao sử dụng để truy nhập dịch vụ hệ thống MS có chức tạo kênh vật lý BS MS quản lý kênh, thu phát vô tuyến, mã hóa giải mã kênh, mã hóa giải mã tiếng nói … Nó gồm thiết bị đầu cuối TE đầu cuối di động MT

Trạm gốc cố định (Base Station): có chức quản lý kênh vô tuyến bao gồm đặt kênh, giám sát chất lượng đường thông tin, phát tin quảng bá thông tin báo hiệu liên quan, điều khiển mức công suất điều khiển nhảy tần Trạm BS cịn có chức khác mã hố giải mã sửa lỗi, mã chuyển tiếng nói số phối hợp tốc độ số liệu, khởi đầu chuyển điều khiển HO nội tế bào kênh tốt mã tín hiệu báo hiệu số liệu

Hệ thống trạm gốc (BSS- Base Station Systems): hệ thống bao gồm:

- Trạm thu phát gốc (BTS – Base Tranceiver Station) máy thu phát vơ tuyến sử dụng để phủ sóng cho tế bào

- Đài điều khiển trạm gốc (BSC – Base Station Controler) có nhiệm vụ thực chức kiểm soát BS điều khiển HO, điều khiển công suất

Hai trạm kết nối với giao diện A-bis

Tổng đài thông tin di động (MSC – Mobile Switching Centre): MSC kết nối tuyến với BS thông qua giao diện A Các chức MSC bao gồm : điều khiển gọi, lập tuyến gọi, thủ tục cần thiết để làm việc với mạng khác (như PSTN, ISDN), thủ tục liên quan tới quản lý trình di động trạm di động nhắn tin để thiết lập gọi, báo vị trí q trình di động nhận thực nhằm chống truy nhập trái phép, thủ tục cần thiết để tiến hành chuyển điều khiển

bảo tính riêng tư (mật) gọi nhận thực quyền truy nhập thuê bao tiến hành truy nhập mạng

Bộ ghi định vi thường trú (HLR – Home Location Register): đơn vị sở liệu có chức dùng để quản lý thuê bao di động

Bộ ghi số nhận diện thiết bị (EIR – Equipment Identity Register): Bộ ghi số nhận diện thiết bị nối tới MSC tuyến báo hiệu, sở liệu chứa thông tin liên quan đến thiết bị (con số nhận diện phần cứng thiết bị di động) cho phép MSC nhận biết MS hỏng, bị lấy cắp hay gọi trộm

Bộ ghi định vị tạm trú (VLR – Visistor Location Register): khối có chức theo dõi MS có vùng MSC hay khơng, kể MS hoạt động ngồi vùng HLR VLR sở liệu chứa thông tin MS hợp lệ có vùng Mỗi MSC có VLR Vùng mà MSC/VLR quản lý gọi vùng phục vụ MSC/VLR

Thế hệ di động 1G hệ di động không dây giới thiết kế vào năm 1970 cho mắt năm 1984 Nó dựa cơng nghệ vô tuyến tương tự, dịch vụ đơn thoại Nó sử dụng phương thức đa truy nhập FDMA Các hệ thống giao tiếp thông tin kết nối tín hiệu analog, sử dụng anten thu phát sóng gắn ngồi Nó kết nối tín hiệu analog tới trạm thu phát sóng nhận tín hiệu xử lý thoại thông qua module gắn máy di động, tích hợp module thu tín hiệu phát tín hiệu Do mà hệ máy di động giới có kích thước to, cồng kềnh, chất lượng thấp bảo mật

Hình 1.5: Điện thoại hệ 1G

+ NMT (Nordic Mobile Telephone) hệ thống tương tự cho truyền thông di động chuẩn dành cho Nga nước Bắc Âu (như Na Uy, Phần Lan, Iceland, Đan Mạch, Thụy Điển)

+AMPS (Advanced Mobile Phone System) hệ thống tương tự điện thoại di động tiêu chuẩn phát triển phịng thí nghiệm Bell Đã thức giới thiệu vào châu Mỹ năm 1983

+TACS (Total Access Communications System: hệ thống tổng truy nhập thông tin) hệ thống lỗi thời AMPS, sử dụng Anh

2.2 Hệ thống thông tin di động hệ 2G (Second Generation)

Thế hệ di động 2G áp dụng tín hiệu kỹ thuật số digital thay cho tín hiệu tương tự analog hệ 1G Hay nói cách khác hệ có kết nối thơng tin di động mang tính đột phá có cải cách, đổi hoàn toàn, khác hẳn so với hệ Kể từ thay đổi mơ hình từ công nghệ tương tự analog sang công nghệ kỹ thuật số digital, mạng 2G đem lại cho người sử dụng động có lợi ích tiến suốt thời gian dài là:

+ Các liệu mã hóatheo dạng kỹ thuật số, chất lương thoại tốt hơn, dung lương tăng + Có phạm vi kết nối rộng hệ 1G

+ Có xuất tin nhắn dạng văn bản-SMS

Khi tín hiệu thoại thu nhận mã hóa thành tín hiệu kỹ thuật số dạng nhiều mã hiệu (codecs) Nó cịn cho phép nhiều gói mã thoại lưu chuyển băng thơng, cịn tiết kiệm thời gian chi phí

Các tiêu chuẩn 2G liên tục cải thiện, có nhiều dạng kết nối mạng tùy theo yêu cầu sử dụng thiết bị hạ tầng phân vùng quốc gia:

+ GSM (Global System for Mobile Communication) sử dụng phương thức truy nhập TDMA song công FDD Đầu tiên áp dụng Châu Âu, sau trở thành chuẩn chungở Châu lục sử dụng với 80% nhà cung cấp mạng thơng tin di động tồn cầu GSM cơng nghệ truyền thơng có tốc độ nhanh từ trước đến + IS-95 hay gọi CDMA One, dựa tảng kỹ thuật đa truy nhập CDMA sử dụng phổ biến Mỹ số nước Châu Á Hàn Quốc chiếm gần 17% mạng toàn cầu

+ IS-136 hay gọi D-AMPS (Digital-AMPS) dựa tảng TDMA song công TDD Nó chuẩn kết nối phổ biến sử dụng nhiều tính đến thời điểm này, sử dụng hầu hết Hoa Kỳ nước giới

2.3 Hệ thống thông tin di động hệ 3G (Third Generation)

Thế hệ 3G hệ mạng truyền thông di động thứ ba, đời sau nên hệ cải tiến rõ nét so với hệ trước Nó giúp cho người sử dụng điện thoại di động truyền tải thông tin liệu thoại, thông tin đa phương tiện tin nhắn nhanh, âm thanh, hình ảnh, hình ảnh động… thơng tin liệu thoại tải liệu gửi email, video clips, Đặc biệt với người dùng di động hệ 3G, mạng 3G cung cấp dịch vụ truyền tải liệu xem ti vi trực tuyến, online, chat, Thế hệ 3G cung cấp hai hệ thống chuyển mạch chuyển mạch gói chuyển mạch kênh Mạng 3G cho phép truyền tải tốc độ liệu cao, tăng hiệu sử dụng phổ tần nhiều cải tiến khác.Nó chủ yếu sử dụng phương thức đa truy nhập CDMA

Vì đời sau hệ 1G 2G nên công nghệ mạng 3G xem chuẩn IMT – 2000 Tổ chức Viễn thông Thế giới (ITU) Lúc đầu 3G dự kiến chuẩn thống toàn giới, thực tế giới 3G bị chia thành phần riêng biệt:

+ UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) đơi cịn gọi 3GSM, dựa công nghệ truy nhập vô tuyến W-CDMA, dùng FDD TDD Tốc độ liệu tốt đatheo lý thuyết 1920Kbps (đạt gần 2Mbps) thực tế tốc độ khoảng 384Kbps Nó phù hợp với nhà mạng khai thác dịch vụ di dộng sử dụng GSM, phổ biến nước châu Âu phần châu Á (trong có Việt Nam) Hệ thống UMTS tiêu chuẩn hóa tổ chức 3GPP tổ chức chịu trách nhiệm chuẩn cho GPRS, GSM

+ HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access): tăng tốc độ downlink (đường xuống, từ BS tới MS) tốc độ tối đa theo lý thuyết 14,4Mbps, mà thực tế đạt khoảng tầm 1,8Mbps

+ HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access): giúp tăng tốc độ uplink (đường lên) cải tiến chất lượng dịch vụ QoS Nó cho phép upload lên đến tốc độ 5,8Mbps theo lý thuyết

Hình 1.6: Sự phát triển công nghệ mạng di động

Thê hệ di động 1G 2G 3G

Năm thiết kế 1970 1980 1990

Năm thực 1984 1991 2002

Dịch vụ Chủ yếu thoại Chủ yếu cho thoại kết hợp với dịch vụ tin ngắn, hình ảnh đen trắng

Truyền dẫn thoại dịch vụ số liệu đa phương tiện với hình ảnh động, gửi email, chat, tải liệu, tin nhắn nhanh, hình ảnh, âm thanh, …

Tín hiệu Tương tự Kỹ thuật số Tín hiệu số

Tốc độ truyền 1.9 Kb/s 14.4 Kb/s Mb/s

Băng thông từ 10 đến 30 KHz tùy thuộc vào loại hệ

thống dịch vụ Công nghệ +AMPS (Advanced

Mobile Phone System) +TACS (Total Access Communications System)

+NMT (Nordic Mobile Telephone)

+GSM (Global System for Mobile Communication).

+IS-136 hay gọi D-AMPS (Digital-AMPS)

+ IS-95hay gọi CDMA One +PDC (Personal Digital Cellular )

+UMTS (Universal Mobile

Telecommunicatio n System

+CDMA 2000 + HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access) +HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access) Phương thức đa

truy nhập

FDMA TDMA, CDMA CDMA

Core network (mạng lõi)

PSTN PSTN Packet network

Chuyển mạch Vật lý Vật lý Vật lý + Gói

Đặc điểm Chất lương thấp, bảo mật kém, cồng kềnh

Dung lượng tăng, tốc độ tốt

Có chuyển mạch kênh chuyển mạch gói, chất lượng tốt so với hệ trước Bảng 1.1: Bảng so sánh tham số công nghệ

3 Kết luận chương

Trong chương 1: “Tổng quan hệ thống thơng tin di động” chương đề cập đến nhiều vấn đề lịch sử phát triển, q trình hình thành hệ thống thơng tin di động từ 1G đến 3G với công nghệ đa truy cập FDMA, TDMA, CDMA mà người ta áp dụng hệ trước

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 4G

1 Giới thiệu chung

Do hệ 3G có nhiều cải tiến cịn nhiều nhược điểm như:

- Khó khăn việc tăng băng thông liên tục với tồn dịch vụ khác cần có băng thông chất lương dịch vụ QoS khác nhau, khó tăng tốc độ liệu cao để đáp ứng yêu cầu dịch vụ đa phương tiện

- Bị giới hạn phổ phân bố phổ

- Khả lưu động (roaming) từ môi trường dịch vụ tới môi trường dịch vụ khác băng tần khó

Cho nên cho đời hệ 4G phải có tốc độ truyền thông tin liệu cao hơn, với công nghệ mạng 4G người dùng di động tốc độ đạttới 100Mbps Cịn người dùng cố định tốc độ đạt tới 1Gbps

kém, tính di động cao vàvùng phủ sóng rộng Hệ thống tác động mạnh mẽ tới nhiều lĩnh vực cụ thể như:

-Trong lĩnh vực khoa học giáo dục: với tiên tiến thiết bị đầu cuối Các sinh viên, học sinh, nhà nghiên cứu khoa học trao đổi thơng tin, hình ảnh cần thiết cho việc học tập nghiên cứu

-Trong lĩnh vực giải trí: truy cập trị chơi, hình ảnh, âm nhạc online, … nơi hay ngồi nước có hệ thống 4G với nội dung phong phú đa dạng

-Trong lĩnh vực thương mại: ứng dụng trao đổi hàng hóa thơng tin sản phẩm, đặt hàng thông qua thiết bị di động

-Trong lĩnh vực y tế chăm sóc sức khỏe: liệu sức khỏe người gửi tự động đến bệnh viện hay bác sỹ theo thời gian thực từ thiết bị mang người bác sỹ tư vấn điều trị

2 Mơ hình cấu trúc mạng 4G

2.1 Yêu cầu cấu trúc mạng mạng 4G

Để đảm bảo mục đích cho phép người sử dụng truy nhập khai thác tính mạng với chất lương tốt, tính di động, tốc độ cao, an tồn bảo mật Do mạng 4G phải đáp ứng yêu cầu cần thiết sau:

2.1.1 Hệ thống mạng có tính tích hợp

Hình 2.1: Sự tích hợp mạng khác dẫn đến 4G

Hình 2.2: Sự kết hợp mạng khác 2.1.2 Hệ thống mạng có tính mở

Cấu trúc mở mạng 4G cho phép cài đặt thành phần với giao diện cấu trúc khác lớp Nó giúp cho tối ưu dịch vụ mạng di động với liên kết khơng dây đặc tính di động mơ hình xây dựng phải có tính mở

Hình 2.3: Các mạng khác truy nhập vào hệ thống

2.1.3 Hệ thống mạng phải đảm bảo chất lượng dich vụ cho ứng dụng đa phương tiện IP

Cần phải có kết hợp chặt chẽ lớp truy nhập, truyền tải dịch vụ internet để đảm bảo chất lương dịch vụ Do mạng 4G yêu cầu độ trễ nhỏ, tốc độ liệu cao, dịch vụ thời gian thực phải tránh trường hợp vấn đề trễ mạng, băng thông dịch vụ

2.1.4 Hệ thống mạng phải đảm bảo tính an tồn, bảo mật thơng tin

2.1.5 Hệ thống mạng phải đảm bảo tính di động tốc độ

Vấn đề quan trọng mạng di động 4G cách để truy nhập nhiều mạng di động không dây khác Có cách để đảm bảo tính di động sử dụng thiết bị đa chế độ, người dùng truy nhập vào vùng phủ đa dịch vụ gồm nhiều điểm truy nhập chung UAP (Universal Access Point) sử dụng giao thức truy nhập chung

Tốc độ truyền liệu mạng đạt tới 100Mbps 160Mbps sử dụng MIMO

Hình 2.4 Tốc độ truyền liệu mạng 4G 2.2 Một số kỹ thuật nhằm làm tăng tốc độ đường truyền

2.2.1 Sử dụng anten thông minh

Anten thông minh là kết hợp nhiều phần tử anten với khả xử lý tín hiệu để tự động tối ưu mẫu thu xạ dựa vào hồi đáp mơi trường tín hiệu Mục đích sử dụng anten thơng minh để làm tăng dung lương cách truyền tập trung tín hiệu vơ tuyến tăng dung lương tức tăng việc dùng lại tần số Nó thành phần quan trọng mạng 4G Một hệ thống anten thơng minh có đặc tính lợi ích như:

Đặc tính Lợi ích

Độ lợi tín hiệu: Tín hiệu đưa vào từ nhiều anten sau đo kết hợp lại để tối ưu cơng suất có sẵn nhằm thiết lập mức vùng phủ cho

Vùng phủ tốt hơn: Việc tập trung lượng gửi tế bào làm tăng vùng phủ trạm gốc Thời gian dùng pin lâu yêu cầu công suất tiêu thụ thấp

Phân tập không gian: Thông tin tập hợp từ mảng anten dùng để tối thiểu fading tác động truyền đa

đường không mong muốn tác động trả trễ kênh

Hiệu công suất: Kết hợp ngõ vào đến nhiều thiết bị để tối ưu tăng ích xử lý có sẵn đường xuống

Chi phí giảm: Chi phí giảm cho khuếch đại công suất, độ tin cao

Sự loại bỏ nhiễu: Anten pattern loại bỏ nguồn nhiễu đồng kênh, cải thiện tỷ số tín hiệu nhiễu tín hiệu thu

Tăng dung lượng: Việc điều khiển chất lương null tín hiệu xác giảm nhiễu kết hợp với việc sử dụng lại tần số làm tăng dung lượng mạng Kỹ thuật thích nghi (như đa truy cập phân chia theo không gian) hỗ trợ việc sử dụng lại tần số tế bào

Bảng 2.1: Đặc điểm anten thông minh

2.2.2 Sử dụng điều chế mã hóa thích ứng (AMC - Adaptation and Modulation Coding)

Với kỹ thuật này, tỉ lệ mã hóa q trình điều chế thích ứng theomột cách liên tục chất lượng kênh thay cho việc điều chỉnh công suất Trong việc truyền dẫn, sử dụng nhiều mã Walsh q trình thích ứng liên kết Việc kết hợp kỹ thuật thích ứng liên kết góp phần thay hồn tồn kỹ thuật hệ số trải phổ biến thiên truyền dẫn vô tuyến không dây tốc độ cao

2.2.3 Ghép kênh phân chia tần số trực giao OFDM

OFDM trường hợp đặc biệt phương pháp điều chế FDM

-Mỗi sóng mang dạng sóng hình since mang biên độ pha thay đổi khoảng độ dài symbol T, 66.7s (trong miền tần số hàm sinx/x)

Hình 2.5: Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM

Vì máy đầu cuối lấy mẫu sóng mang đo kiểm biên độ, pha sóng mang để khơi phục liệu mà không sợ bị ảnh hưởng sóng mang khác thực tế sóng mang gần phát đồng thời Các sóng mang gọi trực giao với

Tín hiệu gửi chia thành sóng mang nhỏ, sóng mang tín hiệu băng hẹp tránh hiệu ứng đa đường Vì tạo nên khoảng bảo vệ để chen tín hiệu OFDM

Hình 2.6: Phổ tín hiệu OFDM với sóng mang

OFDM tiết kiệm băng thông, phù hợp cho việc thiết kế băng rộng, loại bỏ hoàn toàn hiên tượng giao thoa kí hiệu, giúp cho phức tạp thấp cân trường hợp chậm trễ lây lan so với hệ thống đơn sóng mang Tuy nhiên đường bao biên độ tín hiệu phát lại khơng phẳng, làm cho gây méo phi tuyến cho khuếch đại công suất máy thu máy phát

Hình 2.7: Tiết kiệm băng thơng sử dụng OFDM

Ngồi ra, công nghệ LTE sử dụng kỹ thuật OFDM việc truy cập đường xuống có ưu điểm sau:

- Kỹ thuật OFDM giúp loại bỏ tượng xuyên nhiễu ký hiệu ISI độ dài chuỗi bảo vệ lớn độ trễ truyền dẫn lớn kênh truyền

- Tối ưu hiệu phổ tần cho phép chồng phổ sóng mang - Cấu trúc máy thu đơn giản

- OFDM thích hợp cho việc thiết kế hệ thống thơng tin truyền dẫn băng rộng (hệ thống có tốc độ truyền dẫn cao)

- Tương thích với anten tiên tiến thu

2.3 Mơ hình cấu trúc mạng 4G

Hình 2.8: Mơ hình cấu trúc mạng 4G

Hệ thống mạng 4G sử dụng chung môi trường truyền vơ tuyến tích hợp chung vào mạng RAN (Radio Access Network) giúp cho thuê bao di động đầu cuối môi trường truyền vô tuyến đảm bảo hoạt động mạng

*Phần tử lớp truy nhập vơ tuyến: có nhiệm vụ tạo trì kênh mạng truy nhập vơ tuyến (RAB: Radio Access Bearer) để thực trao đổi thông tin thiết bị đầu cuối máy tính hay điện thoại di động với mạng lõi Do mạng truy nhập vơ tuyến phải có khả giao tiếp với thiết bị đầu cuối cho dù thiết bị di động không dây thuộc mạng khác

+ Điểm truy nhập vơ tuyến RAP (Radio Access Point): có chức là:

- Thực xử lý lớp giao diện vô tuyến đan xen, mã hóa kênh, thích ứng tốc độ, trải phổ …

- Thực phần khai thác quản lý tài ngun vơ tuyến điều khiển cơng suất vịng

động cao Do độ phức tạp khơng nhỏ Tính phức tạp thiết bị đầu cuối phải chứa đựng đầy đủ điều kiện phần mềm phần cứng sau:

- Thực nhiều dạng hệ điều hành (như Symbian, SmartPhone, Linux, …) - Các ứng dụng khác di động email, MMS …

- Hoạt động nhiều môi trường ứng dụng J2ME, NET - Có nhớ lớn

- Hoạt động nhiều phương thức mã hóa (tiếng nói, âm thanh)

- Thực nhiều phần mềm ghép ứng dụng dự đoán kiểu gõ, soạn thảo văn …

- Hoạt động nhiều phương thức mã hóa vơ tuyến CDMA2000, GPRS, GSM, W-CDMA, WiFi, …

*Lớp mạng lõi (Core Network): mạng lõi phải tích hợp tất mạng viễn thơng khác mạng di động, WiMAX, WLAN mạng không dây khác Nhờ phát triển mạnh mẽ NGN toàn cầu người ta xây dựng hệ thống truyền dẫn mạng lõi sử dụng giao thức IPv6 Đặc biệt sử dụng IP di động cách linh hoạt giúp cho việc kết hợp mạng Các cổng đa phương tiện MGW (Multimedia Gateway) có nhiệm vụ: thực chuyển đổi liệu sang gói IP ngược lại, hai thực chức chuyển mạch, định tuyến liệu từ/tới vùng dịch vụ mạng tùy thuộc vào vị trí thuê bao

* Lớp chức năng: dùng để điều khiển hệ thống hệ thống báo hiệu, điều khiển lưu lương, bảo mật thông tin … Đồng thời cung cấp sở hạ tầng cho lớp dịch vụ cung cấp loại hình dịch vụ Các chức điều khiển như:

- Chức báo hiệu: báo hiệu mạng lõi báo hiệu tập trung

- Chức bảo mật: chức quan trọng hệ thống tương lai Nó đảm bảo cho việc thơng tin, bí mật, tính riêng tư người dùng cách an toàn

- Chức Billing: chức có nhiệm vụ cung cấp cho mạng khả nhận thực, tính cước dịch vụ sử dụng mạng

- Chức tính di động mạng (Mobility): chức kế thừa từ mạng di động hệ trước

* Lớp dịch vụ: có chức cung cấp dịch vụ theo yêu cầu người dung, có chất lương cao như: dịch vụ đa phương tiện chất lương cao, dịch vụ thông tin định vị, dịch vụ điều khiển từ xa …

3 Công nghệ mạng 4G 3.1 Công nghệ tiền 4G 3.1.1 Giới thiệu

Trước chuyển sang cơng nghệ 4G hai cơng nghệ xem tiền 4G (Pre-4G 3.9G) chuẩn Wimax2 (802.11m) Long Term Evolution (LTE) Bởi chưa đáp ứng chuẩn kết nối mạng 4G truyền tải tốc độ 1Gbps người dùng cố định 100Mbps người dùng di động Cơng nghệ LTE phát triển chuẩn hóa 3GPPtrong 3GPP phận liên minh nhà mạng sử dụng cơng nghệ GSM, có tốc độ bit net lý thuyết 100 Mbit/s cho download 50 Mbit/s cho upload Công nghệ Wimax2 phát triển IEEE (IEEE 802.16m: Institute of Electrical and Electronics Engineers) cung cấp khả kết nối Internet không dây nhanh so với WiFi, cho phép sử dụng nhiều ứng dụng hơn, vùng phủ sóng rộng khơng chịu ảnh hưởng địa hình Cả Wimax LTE sử dụng công nghệ thu phát tiên tiến để nâng cao khả bắt sóng hoạt động thiết bị, mạng lưới Tuy nhiên công nghệ sử dụng băng tần khác

Hình 2.9: Tốc độ công nghệ Wimax LTE 3.1.2 Cấu trúc mạng LTE

tốc độ lên đến 350 km/h, hỗ trợ tốc độ liệu đỉnh đường xuống 326 Mb/s hệ thống 4x4 MIMO, băng thông 20 MHz

Hình 2.10: Cấu trúc mạng LTE Cấu trúc đơn giản với nút:

• evolved Node-B (eNB):

• Mobility Management Entity/Gateway (MME/GW)

Bộ điều khiển mạng vô tuyến (RNC: radio network controller) loại bỏ khỏi mạng truy cập chức thực nhiều eNB

Tất giao diện dựa giao thức IP, eNBs kết nối với MME/GW cách thức giao diện S1 X2 Cấu trúc LTE bao gồm cổng logic cổng phục vụ (GW: serving gateway) cổng mạng liệu gói (P-(GW: packetdata network gateway) S-GW chuyển tiếp nhận gói liệu từ eNB để đưa đến UE P-S-GW với mạng liệu gói bên ngồi (external packet data networks: PDNs) cịn thực số chức IP phân bố địa chỉ, thực thi sách, lọc gói định tuyến MME tồn mà tín hiệu nơi người dùng gói tin IP khơng qua Lưu lượng mạng truyền tín hiệu lưu lượng truy cập phát triển cách độc lập lợi tồn mạng riêng biệt

Hình 2.11: Liên kết IP UE với PDNs Trong đó:

• UE: máy đầu cuối (user equipment) • E-UTRAN: mạng truy nhập radio

• EPC: Evolved Packet Core Mạng Core thành phần giao tiếp với mạng packet khác internet, mạng riêng công ty, hệ thống truyền thông đa phương tiện IP IMS (Ip multimedia system)

• Giao diện thành phần khác hệ thống LTE giao diện Uu, S1, Sgi

3.1.2.1 Mạng truy nhập vô tuyến

Hình 2.12: Mạng truy nhập vơ tuyến

-Trạm gốc evolved node B (eNB): điều khiển giao tiếp với máy đầu cuối hay nhiều cell, điều khiển chuyển giao (no soft HO)

3.1.2.2 Mạng Core

Hình 2.13: Mạng Core -HSS (home subcriber server) DATABASE

-P-GW hay PDN (packet data network) gateway điểm giao tiếp mạng Core EPC với mạng khác

-Serving – Gateway (S-GW) hoạt động router để chuyển tiếp data từ eNB đến PDN gateway

-MME (mobility management entity) điều khiển hoạt động mức cao thuê bao thông qua tin báo hiệu: Authen, ciphering, signalling…

3.1.2.3 Kiến trúc Roaming

Hình 2.14: Kiến trúc Roaming

-Kiến trúc thứ PDN gateway nằm mạng chủ, toàn liệu thuê bao định tuyến P-GW

-Trường hợp thứ PDN thuê bao cấu hình mạng khách, trường hợp thuê bao roaming HSS lựa chọn P-GW cho thuê bao (APN)

Ưu điểm: giảm độ trễ, tài nguyên nhà mạng Nhược điểm: khó quản lý tính cước

3.2 Cơng nghệ LTE Advanced hệ 4G

3GPP bắt đầu nghiên cứu với mục gọi mà LTE – Advanced với nhiệm vụ xác định yêu cầu nghiên cứu thành phần công nghệ tiến triển LTE để đáp ứng tất yêu cầu IMT – Advanced theo định nghĩa ITU LTE-Advanced (phiên R10, R11) công nghệ mạng di động 4G LTE (phiên R8, R9) xem cơng nghệ 3.9G

Hình 2.15: Cơng nghệ 4G

Nhưng thực chất nâng cấp LTE nhằm thỏa mãn yêu cầu IMT-Advanced, sử dụng công nghệ như: OFDMA, SC – FDMA, MIMO, AMC, …và dùng thêm số kỹ thuật như:

- Kết hợp sóng mang

- Các lặp nút chuyển tiếp - Đa anten cải tiến MIMO - Phối hợp đa điểm

- Heterogeneous Network (mạng không đồng nhất)

Việc sử dụng công nghệ giúp LTE – Advaned có đặc tính cao tốc độ, băng thông, độ trễ xử lý, hiệu suất sử dụng phổ, … hẳn so với LTE như:

- Băng thông sử dụng: 20 MHz – 100 MHz

- Hiệu phổ đỉnh: 15 b/s/Hz cho uplink 30 b/s/Hz cho downlink với anten cấu hình 4x4 uplink 8x8 downlink

- Khả tương thích: cơng nghệ LTE – Advanced có khả liên kết mạng với LTE hệ thống 3GPP

- Thời gian chờ: nhỏ 50 ms chuyển từ trang thái rỗi sang trạng thái kết nối nhỏ 5ms kh chuyển mạch gói riêng lẻ

Công nghệ LTE mở rộng phổ linh hoạt để hỗ trợ tối đa băng thông 100 Mhz, nâng cao giải pháp đa anten, tăng lên đến tám lớp truyền dẫn Downlink bốn lớp truyền dẫn uplink, phối hợp đa điểm truyền/ nhận, việc sử dụng trạm lặp/chuyển tiếp

Hình 2.16: Tổng số di động kết nối hệ theo năm (theo GSMA Intelligence)

Đặc tính LTE LTE - Advanced

Tốc độ Downlink 326 Mbps Gbps

chỉ định Uplink 86 Mbps 500 Mbps

Băng thông ≤ 20 MHz ≤ 100 MHz

Hiệu suất sử dụng Downlink 16.3 (4x4 MIMO) 30 (8x8 MIMO) phổ tần (b/s/Hz) Uplink 4.32 (SISO) 15 (4x4 MIMO)

Độ trễ ~ 10 ms ~ ms

Cấu hình MIMO Downlink 4x4 MIMO 8x8 MIMO

Uplink 2x4 MIMO 4x4 MIMO

Bảng 2.3: So sánh tham số LTE-Advanced với công nghệ khác 3.2.1 Kết hợp sóng mang

Việc kết hợp sóng mang giúp cho cơng nghệ LTE-Advanced chia sẻ phổ tần truyền dẫn băng rộng

Hình 2.18: Khối tập hợp sóng mang

Việc tăng độ rộng băng truyền giúp cho thỏa mãn hướng đến mục tiêu đạt tốc độ đỉnh trì tính tương thích phổ (khơng bị nhiễu sóng mang) Nó cịn cơng cụ cho việc mở rộng độ phủ sóng với tốc độ số liệu trung bình

Có kiểu kết hợp sóng mang:

Hình 2.19: Các kiểu kết hợp sóng mang

+ Intra-band, contiguous: loại kết hợp sóng mang băng tần liên tục, thiết bị đầu cuối cần thu phát, dạng dễ thực thi với sóng mang liền kề

+ Intra-band, non-contiguous: loại kết hợp sóng mang băng tần khơng liên tục Các sóng mang thành phần khơng thể truyền tín hiệu đơn cần tới thu phát, loại phức tạp

+ Inter-band non-contiguous: loại kết hợp có sóng mang thành phần băng tần khác Loại cần phải có thiết bị đầu cuối hỗ trợ nhiều thu phát, phức tạp

3.2.2 Giải pháp đa anten cải tiến - MIMO

Người ta dùng hệ thống thông tin không dây nhằm cải thiện chất lượng, dung lượng hệ thống cịn có khả chống lại tượng đa đường Do người ta dùng giải pháp đa anten cải tiến hệ thống MIMO Hệ thống MIMO hệ thống tăng dung lượng kênh truyền, sử dụng băng thông hiệu nhờ công nghệ ghép kênh không gian (V-BLAST), chất lượng hệ thống cải thiện đáng kể nhờ vào phân tập phía phát phía thu (STBC, STTC) mà lại không cần phải tăng công suất phát tăng băng thơng hệ thống Hệ thống MIMO có ưu nhược điểm sau:

- Tăng độ lợi phân tập: làm giảm tượng fading thông qua việc sử dụng hệ thống anten phân tập giúp cho nâng cao chất lượng hệ thống

- Tăng hiệu phổ nhờ sử dụng ghép kênh không gian

- Tăng độ lợi mảng đồng thời làm tăng tỉ số S/N (tín hiệu nhiễu) làm giảm tỷ suất lỗi bit Từ làm tăng tốc độ truyền dẫn mà không cần tăng công suất phát

- Tăng dung lượng kênh mà không cần tăng công suất phát băng thông + Nhược điểm:

- Làm cho kích thước thiết bị di động tăng lên - Độ phức tạp tăng xử lý tín hiệu phát thu

- Nhiễu đồng kênh: sử dụng nhiều anten truyền liệu với băng tần - Nhiễu liên kênh: nhiều người dùng sử dụng hệ thống MIMO

3.2.2.1 Mơ hình hệ thống MIMO (Multiple Input Multiple Output)

Hệ thống MIMO (Multiple Input Multiple Output) hệ thống thông tin đa đầu vào đa đầu Trong lĩnh vực truyền thơng kỹ thuật MIMO sử dung nhiều anten phát nhiều anten thu để truyền liệu Kỹ thuật tận dụng phân tập – đa dạng hóa (khơng gian, thời gian, mã hóa …) giúp cho hệ thống nâng cao chất lương tín hiệu tốc độ truyền liệu Tuy nhiên kỹ thuật không giống với OFDM, mà phát đồng thời tần số

Hình 2.20: Mơ hình hệ thống MIMO MxN Trong hệ thống này:

dụng hay nhiều anten để truyền tín hiệu dùng phương pháp mã hóa khơng gian thời gian để mã hóa cho hệ thống phân tập phát

- Các kênh tổng hợp máy phát (Tx) máy thu (Rx) có N đầu vào M đầu gọi kênh MIMO MxN

- Ở phía thu: máy thu sử dụng phân tập thu nhờ anten thu (anten đến anten M) Phân tập thu sử dụng hay nhiều anten để thu nhận tín hiệu để nhận tín hiệu phát Ở máy thu tín hiệu khác bắt (pick up) anten độc lập dây chuyền thiết bị thu độc lập (Kỹ thuật LTE gửi đồng thời tần số thông qua anten khác nhau) Sau đưa đến giải mã hóa khơng gian thời gian (STD: Space – Time Decoder)

Ghép kênh không gian V-BLAST (Vertical Bell labs layered space – time)

Hình 2.21: Ghép kênh khơng gian V-BLAST

Hệ thống phía phát tín hiệu truyền sếp theo chiều dọc (vertically) cho anten phát Luồng data truyền sau mã hóa điều chế chia thành nT chuỗi symbols nhỏ, anten truyền đồng thời chuỗi symbols khác tín hiệu Do tốc độ liệu tăng lên nT lần (nT số anten phát) Cịn phía thu: anten thu, tín hiệu chồng chập nhiều anten phát khác xử lý giải mã xử lý tín hiệu V-BLAST để lấy tín hiệu thu với mức lớn

Hình 2.22: Hệ thống Single user MIMO

Hệ thống Single user MIMO hệ thống MIMO đơn người dùng MIMO điểm – điểm Hệ thống có hai dịng liệu mã hóa để phù hợp với kênh truyền có dung lương cell tăng tốc độ liệu tăng

3.2.2.3 Hệ thống Multi User MIMO (MU – MIMO)

Hình 2.23: Hệ thống Multi User MIMO

Hệ thống Multi User MIMO hệ thống MIMO đa người dùng Nó cho phép điểm truy cập sử dụng nhiều anten để truyền tín hiệu đến nhiều thiết bị đầu cuối nhiều người dùng khác lúc băng tần Do thiết bị chờ đợi đến lượt SU – MIMO, từ độ trễ giảm xuống đáng kể, tốc độ liệu không đổi dung lương cell tăng

Hệ thống MU-MIMO chia thành hai loại kênh:

+Kênh MIMO quảng bá (MIMO Broadcast Channel hay MIMO BC) cho đường xuống +Kênh MIMO đa truy nhập (MIMO Multiple Access Channel hay MIMO MAC) cho đường lên

3.2.2.4 Sự khác thu nhận LTE LTE-Advanced

Hình 2.24: Sự khác thu nhận LTE LTE-Advanced

Trong kỹ thuật đa anten cải tiến precoding mã sử dụng để phân loại đánh dấu điều chế khác cho anten khác

(UE) ước tính kênh truyền thơng qua tác động tín hiệu truyền Các thiết bị UE giải điều chế tín hiệu dựa bẳng mã code precoding để tái tạo lại thông tin gửi

+ Ở Release 10, DM RSS (Demodulation Reference Signals) cho thêm vào tín hiệu truyền trước qua precoding Tín hiệu sau điều chế phát Sau bên thu nhận tín hiệu giải điều chế mà không cần dựa vào bảng mã code precoding

Ví dụ cơng nghệ LTE-Advanced có cấu hình MIMO 8x8

Hình 2.25: Cấu hình MIMO 8x8

Với cấu hình này, trạm phát song MIMO 8x8 với anten phát gửi liên tục luồng liệu tới điện thoại có anten thu Các luồng liệu tiếp nhận từ nguồn khác với cường độ thời gian khác Sau điện thoại tổng hợp lại xử lý phân tích để chọn luồng liệu phù hợp cần thiết Do vậy, việc ghép kênh khơng gian tăng số liệu tương ứng với số anten kết nối Nếu trường hợp lý tưởng anten làm tăng tốc độ liệu lên tới lần

3.2.3 Truyền dẫn đa điểm phối hợp

Trong hệ thống phối hợp có nút nguồn phân phát tin đến số nút chuyển tiếp Các nút chuyển tiếp tín hiệu xử lý đến nút đích Nút đích kết hợp sử dụng phân tập tín hiệu thu từ nút nguồn nút chuyển tiếp để nhận tín hiệu thu Hệ thống có đặc điểm trội như:

- Tăng hiệu sử dụng mạng: tận dụng tối ưu tài nguyên trạm thu phát việc cung cấp kết nối tới nhiều trạm lúc

- Giảm nhiễu: giúp cải thiện đáng kể tỉ lệ tín hiệu can nhiễu tạp âm thiết bị đầu cuối

- Nâng cao chất lương thuê bao: sử dụng nhiều tế bào mạng thuê bao giúp cho tăng khả thu nhận giảm đáng kể việc kết nối

3.2.4 Các lặp nút chuyển tiếp 3.2.4.1 Các lặp

Nếu lặp đơn giản khuếch đại chuyển tín hiệu tương tự thu Khi cài đặt, lặp liên tục phát tín hiệu thu mà khơng quan tâm đến có thiết bị đầu cuối có vùng phủ sóng hay khơng lặp không hiển thị với trạm gốc thiết bị đầu cuối Cho nên sử dụng lặp có cấu trúc lặp cao cấp sơ đồ mạng điều khiển công suất truyền lặp Chỉ tích cực lặp người sử dụng có mặt khu vực điều khiển lặp giúp tăng tốc độ số liệu cung cấp khu vực Các báo cáo đo đạc bổ sung từ thiết bị đầu cuối xem la phương tiện hướng dẫn mạng mà lặp bật lên Nhưng việc điều khiển truyền dẫn thường nằm trạm gốc, lặp thường suốt từ khía cạnh di động

3.2.4.2 Các nút chuyển tiếp

Các nút chuyển tiếp để truyền nhận liệu trạm thu phát gốc thiết bị đầu cuối thông qua việc truyền dẫn nhiều chặng

a Có loại chuyển tiếp là:

+ Thiết bị đầu cuối nằm xa, nằm ngồi vùng phủ sóng eNodeB truy nhập tới eNodeB Mục tiêu để mở rộng vùng phủ tín hiệu dịch vụ

+ Thiết bị đầu cuối nằm vùng phủ eNodeB tuyến thông tin trực tiếp đến eNodeB Việc dùng chuyển tiếp nút loại giúp cho cải thiện chất lượng dịch vụ, dung lượng tuyến truyền dẫn gia tăng toàn dung lương hệ thống việc tạo phân tập đa đường độ lợi truyền dẫn UE nội hạt

b có chiến lược chuyển tiếp

+ Chuyển tiếp chiều

Hình 2.28: Chuyển tiếp chiều + Chuyển tiếp chiều

Hình 2.29: Chuyển tiếp chiều c Các chế

+ Khuếch đại chuyển tiếp (AF: Amplify and Forward): nút chuyển tiếp nhận tín hiệu từ eNodeB (hay UE) Sau khuếch đại tín hiệu thu chuyển tiếp đến UE (hay eNodeB)

+ Giải mã hoá chuyển tiếp (DF: Decode and Forward): nút chuyển tiếp giải mã hố tín hiệu thu từ eNodeB (hay UE) Sau liệu giải mã đúng, nút chuyển tiếp thực mã hoá kênh chuyển tiếp tín hiệu đến UE (hay eNodeB)

Trong mạng mà có nhiều nút chuyển tiếp nhiều thiết bị đầu cuối, phải lựa chọn nút chuyển tiếp bắt cặp phù hợp với thiết bị đầu cuối cho tín hiệu tốt Vì có chế:

+ Cơ chế bắt cặp tập trung + Cơ chế bắt cặp phân phối

e Ưu điểm: với việc sử dụng trạm chuyển tiếp có ưu điểm :

+ Cung cấp tốc độ liệu cao, đặc biệt khu vực rìa cell, nơi mà có tỉ số tín hiệu nhiễu thấp

+ Nâng cao chất lương hệ thống

+ Mở rộng vùng phủ sóng eNodeB

+ Tối ưu cơng suất tiêu thụ toàn tuyến truyền dẫn + Nhỏ gọn dễ lắp đặt có giá thành thiết bị thấp eNodeB 4 Kết luận chương

Sau sâu vào nghiên cứu chương 2: “Nghiên cứu công nghệ hệ thống thông tin di động 4G” cơng nghệ 4G có nhiều ưu điểm so với hệ thống 1G, 2G, 3G

CHƯƠNG

KIẾN TRÚC CỦA HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G

Giới thiệu chương: Chương đưa yêu cầu tối thiểu hệ thống thông

tin di động hệ thứ (5G) từ tập trung phân tích nhu cầu cuối hệ thống di động 5G đưa đến kết luận cho kiến trúc công nghệ, kỹ thuật 5G

3.1 Số liệu thực tế thách thức 3.1.1 Những số liệu thực tế

Thời điểm tại, mạng 4G bắt đầu đưa vào sử dụng, đến năm 2020, nhà phân tích cho rằng, liên tục xảy tình trạng tải thông tin Nguyên nhân, cho dù tăng vọt doanh số bán hàng loại điện thoại thơng minh (smartphone) máy tính bảng (tablet) đồng nghĩa với khối lượng liệu ngày lớn Sau số thống kê lĩnh vực viễn thơng trích từ trang web statista.com (một chuyên trang thống kê) Cục viễn thông Việt Nam để thấy tăng trưởng mạnh mẽ lĩnh vực viễn thông

 Số lượng người dùng smartphone tồn giới từ 2014 đến 2020 (tính tỷ):

Hình 3.1: Số lượng người dùng smartphone tồn giới từ 2014 đến 2020 (tính tỷ)

Hình 3.2: Các lơ hàng điện thoại thơng minh tồn cầu dự báo từ năm 2010 đến năm 2021 (triệu đơn vị)

 Tổng băng thông kết nối internet nước Việt Nam năm 2017 (Mbps) [3]:

Hình 3.3: Tổng băng thông kết nối internet nước năm 2017 (Mbps).

Hình 3.4: Tổng băng thơng kết nối internet quốc tế năm 2017 (Mbps).

Trên số thống kê tiêu biểu cho thị trường viễn thơng tính đến năm 2017 số dự đoán cho năm

3.1.2 Thách thức hệ thống thông tin di động thứ

Từ số liệu thực tế trình bày phần 2.1.1 nhận từ mạng Viettel mạng khác triển khai hoàn tất mạng 4G hồi tháng năm 2017 Việt Nam lượng liệu quốc tế phát sinh lớn Trong lượng người sử dụng lượng thiết bị smartphone (chưa kể thiết bị khác) tăng cách đặn

3.2 Các yêu cầu cho hệ thống thông tin di động 5G

Liên minh Viễn thông quốc tế hệ thống thông tin di động quốc tế (ITU - International Telecommunication Union) gồm nhà công nghiệp hàng đầu giới, tổ chức xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia khu vực, quan quản lý, nhà khai thác, nhà sản xuất thiết bị, học giả viện nghiên cứu xây dựng xong dự thảo yêu cầu kỹ thuật tối thiểu hệ thống IMT-2020 (được gọi hệ thống thông tin động hệ thứ - 5G)

IMT-2020 có nhóm ứng dụng băng rộng di động nâng cao (Enhanced Mobile Broadband - eMBB), truyền thông thời gian trễ thấp tin cậy cực cao (Ultra-Reliable and Low-Latency Communications - URLLC) truyền thông máy số lượng lớn (Massive Machine Type Communications - mMTC)

Hình 3.5: Các nhóm ứng dụng 5G (theo ITU).

eMBB cung cấp liệu tốc độ cực cao, tốc độ đường xuống 10Gbps gấp 100 tốc độ sóng mang đơn mạng LTE Sử dụng kỹ thuật tiên tiến băng thông rộng (2GHz), tần số băng tần cao (sóng milimet) sử dụng kết hợp băng tần cấp phép

Cuối mMTC, hai yêu cầu kết nối không dây độ trễ độ tin cậy Thử tưởng tượng việc bác sỹ thực phẫu thuật từ xa robot kết nối qua khơng dây, độ tin cậy đường truyền thành cơng ca phẫu thuật

Nhóm nghiên cứu 5D (Working Party 5D) ITU-R vừa kết thúc họp Bắc Kinh, Trung Quốc Một nhiệm vụ nhóm xây dựng tiêu chuẩn IMT-2020 (5G) dựa đóng góp quan quản lý, nhà mạng, hãng sản xuất thiết bị, tổ chức tiêu chuẩn quốc gia khu vực

Sau họp, ngày 23 tháng năm 2017 ITU-R văn công bố Các yêu cầu tối thiểu liên quan đến hiệu suất kỹ thuật cho giao diện vơ tuyến IMT-2020 (s), tóm tắt vấn đề sau:

 Tốc độ liệu đỉnh đường xuống 20 Gbps đường lên 10 Gbps

 Hiệu suất sử dụng phổ tần đỉnh đường xuống 30 bit/s/Hz đường lên 15 bit/s/Hz

 Tốc độ liệu người dùng trải nghiệm đường xuống 100 Mbps đường lên 50 Mbps

 Lưu lượng đường xuống theo vùng 10Mb/s/m2 Hotspot nhà

 Độ trễ giao diện người dùng mili giây (ms) cho ứng dụng eMBB ms cho ứng dụng URLLC, độ trễ giao diện điều khiển 20 ms

 Mật độ kết nối: triệu thiết bị / km2

 Băng thông tối thiểu 100 MHz cho phép hỗ trợ băng thông lên đến GHz hoạt động băng tần GHz

 Tốc độ di chuyển tối đa thuê bao 500 km/h

Ngồi cịn có yêu cầu khác để đánh giá đạt tiêu chuẩn công nghệ IMT-2020 vấn đề sử dụng khác như: Hiệu sử dụng lượng, độ tin cậy, thời gian gián đoạn di động, tổng lưu lượng vùng

Có thể tóm tắt yêu cầu kỹ thuật 5G vào điều kiện u cầu cho hệ thống thơng tin di động 5G sau:

 Quan điểm người sử dụng: "Tốc độ siêu cao độ trễ thấp"

- Đạt tốc độ truyền liệu nhanh gấp 1000 lần so với LTE, độ trễ cực thấp thời gian vài phần nghìn giây thực quan điểm: "Kết nối Massive"

 Kiến trúc nhận thức: "Mạng linh hoạt, thông minh"

- Đáp ứng nhu cầu di chuyển nhanh, liên lục phân tích liệu thời gian thực cung cấp dịch vụ thông minh, cá nhân hóa

 Quan điểm hoạt động: "Hoạt động tin cậy, an toàn"

- Bảo vệ 99% mạng sẵn có độ tin cậy tự phục hồi, cấu hình lại

 Quan điểm quản lý: "Năng lượng, chi phí, hiệu chi phí"

- Đạt hiệu lượng cao 50-100 lần so với LTE sở hạ tầng, thiết bị có chi phí thấp

3.3 Khái niệm Kiến trúc

Ngay thời điểm tại, kiến trúc 5G đề xuất từ trang công nghệ tiếng đưa chưa ITU công nhận Đa phần kiến trúc xét phương diện sở hạ tầng 5G Theo báo cáo ITU trình bày phần 3.2, 5G không dừng lại mức sở hạ tầng mà phương diện khác dịch vụ kèm theo đặc biệt IoT Khơng vậy, để đạt IoT cần có tảng để thực dịch vụ

Để đạt điều kiện phân tích phần 3.2, mục tiêu cuối nhu cầu hệ thống 5G bao gồm thành phần kiến trúc tổng quát 5G sau:

1 - Các dịch vụ 5G sáng tạo

2 - Nền tảng cho phép để thực dịch vụ sáng tạo 3 - Cơ sở hạ tầng tốc độ siêu cao

Hình 3.6: Cấu trúc tổng quát hệ thống 5G

Trên lớp dịch vụ, Dịch vụ đổi mới, đáp ứng yêu cầu 5G cung cấp trải nghiệm người dùng Bên Nền tảng cho phép, tảng phần mềm, loạt chức mạng viễn thơng phức tạp thực hiệu động thông minh gắn kết Ở phía Cơ sở hạ tầng siêu kết nối sở hạ tầng phần cứng mạng viễn thơng, đóng vai trò đường dẫn liệu hỗ trợ kết nối tốc độ cao siêu cao qua phủ sóng mạng kết nối mật độ cao

3.3.1 Dịch vụ đổi

Hình 3.7: Ví dụ dịch vụ 5G 3.3.2 Nền tảng cho phép (Enabling Platform)

5G Enabling Platform cung cấp khuôn khổ định hướng phần mềm giao diện dựa nguyên tắc hệ điều hành (một số hệ điều hành phổ biến iOS, Android, Mycrosoft …) để tạo giá trị khác biệt thông qua loạt dịch vụ sáng tạo Một chức cốt lõi 5G Enabling Platform cung cấp tảng Network-as-a-Service cho phép cấu hình thay đổi tất chức viễn thơng dịch vụ

Giao diện lập trình ứng dụng API (Application Programming Interface) giao diện mà hệ thống máy tính hay ứng dụng cung cấp phép yêu cầu dịch vụ tạo từ chương trình máy tính khác, cho phép liệu trao đổi qua lại chúng Chẳng hạn, chương trình máy tính (thường bắt buộc) dùng hàm API hệ điều hành để xin cấp phát nhớ truy xuất tập tin Đối với API cho 5G, tảng cho dịch vụ nên nhà phát triển cần phát triển hệ sinh thái API để hỗ trợ cho IoT

định phần mềm SDN (Software Defined Networks) trợ thủ đắc lực cho 5G Enabling Platform

Đồ án đề xuất công nghệ để làm tảng cho 5G Enabling Platform là: - NFV (Network Functions Virtualization) công nghệ để xây dựng đám mây ảo hóa phần cứng

- Virtualized RAN: cơng nghệ để tập trung ảo hóa DU (Digital Unit) trạm gốc thành đám mây dựa phần cứng (H/W – Hardware) tiêu chuẩn xử lý tín hiệu RAN thời gian thực

Tổng quan 5G Enabling Platform mơ tả hình 3.8:

Hình 3.8: Nền tảng cho phép 5G dựa phần mềm 3.3.3 Cơ sở hạ tầng siêu kết nối

hiệu hoạt động mạng bao gồm Multi-RAT, SON (Self-Organizing Network) tiên tiến IoT dựa di động giúp độ tin cậy hệ thống mạng 5G lượng

Hình 3.9: Cơ sở hạ tầng 5G hỗ trợ tốc độ liệu cực cao kết nối lớn

Có điều đáng ý phần tử moving cell tách khỏi cell thông thường Lấy ví dụ cụ thể để chứng minh điều UE tàu điện với vận tóc hàng trăm km/h, UE di chuyển từ cell sang cell khác liên tục điều làm tăng độ trễ, ngược với tiêu chuẩn IMT-2020 đặt độ trễ giao diện người dùng mili giây

So sánh kiến trúc 4G-LTE với 5G:

Hình 3.10: Kiến trúc 4G

Sự khác biệt mơ hình tổng thể 4G với 5G (Hình 3.6) Nền tảng cho phép Trong 4G sử dụng tảng để hỗ trợ cho dịch vụ 5G cần phải có tảng để hỗ trợ cho dịch vụ

Ngoài ra, lớp Dịch vụ đổi 5G minh chứng cho khác biệt Đó dịch vụ IoT, dịch vụ ghi nhận truyển tải hình ba chiều, AR/VR, dịch vụ y tế từ xa Sự nâng cấp mẻ toàn diện dịch vụ phục vụ người Trong dịch vụ 4G nâng cấp tốc độ truyền tải dịch vụ

Sự khác biệt cuối cở sở hạ tầng 4G 5G Cơ sở hạ tầng 5G nâng cấp từ 4G ví dụ: anten MIMO nâng cấp lên Massive MIMO Sự thay đổi cell, dạng sóng mới, truyền thông (D2D, multi-RAT) …

3.4 Các công nghệ cho phép

[KIẾN TRÚC 5G]

[CÔNG NGHỆ 5G] [GIÁ TRỊ 5G]

Dịch vụ Đổi mới Nền tảng Cho phép

Cơ sở hạ tầng

Siêu kết nối

Trải nghiệm người dùng thực tế xử lý nội dung 5G

Xử lý hiệu truyền tải đa phương tiện

Mạng toàn cầu dựa tảng đám mây

Mạng thơng minh tối ưu hóa mạng dựa cơng nghệ phân tích

Mạng lưới vận tải linh hoạt / nhanh

Kiến trúc mạng

Hoạt động nâng cao cho Multi-cell

Nâng cao IoT dạng sóng Tăng cường cơng nghệ nhiều anten Massive MIMO Cell nhỏ, siêu dày đặc

Băng tần rộng RF & chùm tia 3D Trải nghiệm người dùng Kết nối Thông minh

Độ tin cậy

Hiệu

Đối với trải nghiệm người dùng, công nghệ cốt lõi bao gồm xử lý nội dung truyền dẫn đa phương tiện cho dịch vụ trải nghiệm thực tế Các cơng nghệ liên quan đến kết nối bao gồm cell nhỏ siêu dày đặc, tần số cao / MIMO băng rộng chương trình nâng cao cho hiệu quang phổ chủ yếu đặt lớp Cơ sở hạ tầng Các công nghệ thông minh độ tin cậy chủ yếu dựa Nền tảng cho phép bao gồm cơng nghệ vận hành kiểm sốt thơng minh, linh hoạt cách phân tích ảo hóa Cuối cùng, công nghệ đa dạng để nâng cao hiệu hoạt động tảng cho phép lớp sở hạ tầng kết nối hiệu

3.5 Kết luận chương

Từ số liệu thực tế yêu cầu kỹ thuật, chương đề xuất kiến trúc hệ thống 5G gồm lớp: Dịch vụ đổi mới, Nền tảng cho phép Cơ sở hạ tầng siêu kết nối ba lớp tạo thành cấu trúc cao cấp công nghệ 5G trở thành tảng để đạt giá trị lớn Tương ứng với giá trị 11 công nghệ rút ra:

1 - Trải nghiệm người dùng thực tế xử lý nội dung 5G 2 - Xử lý tuyển tải đa phương tiện

3 - Mạng toàn cầu dựa mạng đám mây

4 - Mạng thơng minh dựa cơng nghệ phân tích 5 - Mạng lưới vận tải linh hoạt / nhanh

6 - Kiến trúc mạng

7 - Tăng cường hoạt động cho nhiều ô (cell) 8 - Ô nhỏ, siêu dày đặc

CHƯƠNG

CÔNG NGHỆ CHO PHÉP VÀ CÁC DỊCH VỤ 5G 4.1 Các công nghệ 5G

4.1.1 Trải nghiệm người dùng thực tế xử lý nội dung 5G

 Nhận diện đối tượng / không gian: Công nghệ tiên tiến để nhanh nhận loạt vật thể xung quanh không gian nhập máy ảnh / cảm biến thiết bị người dùng

 Hiển thị thời gian thực công nghệ hiển thị: công nghệ hiển thị để hiển thị thông tin chất lượng liên quan đến đối tượng ghi nhận thời gian thực công nghệ hiển thị nhập vai bao gồm hiển thị kính khơng gian

 Xử lý ảnh ba chiều thời gian thực: Cơng nghệ để tái tạo hình ảnh thực đối tượng 360 độ không gian 3D

Công nghệ AR (Augmented Reality) không đủ tiên tiến để cung cấp trải nghiệm nhập vai khác với nội dung thực tế cho người dùng tốc độ mạng, hiệu suất xử lý liệu dịch vụ 5G, thiết bị, công nghệ nhận dạng, theo dõi, vv Nội dung AR cần xử lý cung cấp thời gian thực Trong khía cạnh này, 5G dự kiến đáp ứng thời gian thực băng thông cung cấp tảng công nghệ cho dịch vụ AR / VR khối lượng lớn, song song cần phải tăng cường phát triển cơng nghệ nhận dạng, theo dõi hiển thị

Việc xử lý AR quy mơ lớn địi hỏi cơng nghệ nhận dạng tiên tiến để nhận diện tất đối tượng thơng tin bao gồm hình ảnh 2D, vật thể 3D dạng khác nhau, không gian 3D, khn mặt người dùng, biểu giọng nói nhập từ cảm biến mà không bị hạn chế Công nghệ nhận đối tượng khác thơng qua thuật tốn khác tính độc đáo đối tượng, điển hình công nghệ bảo mật Face ID iPhone X Apple Tuy nhiên, khn mặt người, cịn nhiều vật khác yêu cầu công nghệ nhận dạng phải hoạt động xác cảm giác người

Trong máy ảnh thiết bị cơng cụ nhập hình ảnh chính, thiết bị gắn kết với cảm biến khác máy ảnh Lytro cảm biến độ sâu 3D, giúp dễ dàng thu thập thông tin chiều sâu 3D từ vật thể không gian Trên thực tế, công ty bao gồm Google, Intel Apple phát triển cảm biến độ sâu 3D thiết bị hỗ trợ, số lượng thiết bị tăng lên, dịch vụ dựa AR / VR tăng lên nhanh chóng Tiếp tục cải tiến sức mạnh tính tốn dẫn đến chức phức tạp bao gồm việc xử lý trước nội dung liệu khối lượng lớn, theo dõi thời gian thực đối tượng, xử lý hiển thị hình ảnh, truyền thơng tin hình ảnh đến máy chủ hiển thị thông tin đến từ máy chủ

Đặc biệt, phải có cơng nghệ để truyền tải xác phương tiện thông tin chất lượng cao (U)HD Audio / Video 3D sang luồng video theo kết theo dõi thiết bị, thông tin cảm biến, chuyển đổi truyền video thời gian thực định dạng phù hợp để hiển thị thiết bị

Chụp ảnh tồn cảnh, cơng nghệ khác mong đợi nhiều để cung cấp trải nghiệm người dùng mới, đòi hỏi phải truyền liệu siêu cao Do đó, 5G cần cơng nghệ xử lý liệu thời gian thực tốc độ cao sở hạ tầng cơng nghệ hình ba chiều phải thân thiện với người dùng để tạo hiển thị hình ba chiều cách hiệu

4.1.2 Xử lý hiệu truyền tải đa phương tiện

 Công nghệ MMT (MPEG Media Transport): Công nghệ xử lý hình ảnh kỹ thuật số tiêu chuẩn định nghĩa MPEG để giảm thiểu độ trễ truyền dẫn truyền qua mạng All-IP

 Mã hóa đa phương tiện hiệu cao: Các cơng nghệ mã hóa đa phương tiện, ví dụ MVC (Multi-view Video Encoding), để tạo hiệu truyền tải nội dung đa phương tiện 3D, video 3D

 Điện toán đám mây, nhớ đệm: Công nghệ phân bổ động, xếp tài nguyên đám mây nhớ đệm để xử lý đa phương tiện thực tế khối lượng cao

Trong công nghệ truyền tải đa phương tiện tạo độ trễ dài vài chục giây chí so với phát sóng mặt đất, cơng nghệ mạng thời đại 5G cung cấp dịch vụ True UHD (TRHD) thời gian thực, nội dung UHD (Ultra High Definition) truyền thời gian thực mà khơng có độ trễ Để đạt dịch vụ streaming liền mạch với đa phương tiện thực tế có dung lượng lớn, việc phát triển giao thức truyền thông đa phương tiện tối ưu hóa cơng nghệ truyền liệu có dây / không dây phải thực trước tiên

Để đạt điều này, độ trễ việc truyền tải nội dung đa phương tiện cần giảm thiểu, tốc độ truyền liệu mạng hiệu sử dụng tài nguyên cần tối đa hóa, với hỗ trợ giao thức streaming MMT (MPEG Media Transport) cơng nghệ Edge Multicast để truyền thơng nhóm hiệu Hiệu suất hoạt động mạng cần cải tiến thông qua việc ảo hóa CDN (Content Distribution Network) phân phối dịch vụ tối ưu

Dịch vụ hiển thị siêu đa điểm, đề cập nhiều ví dụ dịch vụ thực tế 5G, cho phép người dùng xem video theo góc độ người muốn Dịch vụ địi hỏi cơng nghệ như:

1) Phương pháp mã hóa để tích hợp nhiều hình ảnh có độ phân giải cao ghi lại từ góc nhìn khác vào luồng đơn

2) Kỹ thuật truyền lưu trữ liệu khối lượng lớn vào máy chủ đám mây thời gian thực

Dịch vụ hiển thị đa truy cập thực tế triển khai cách hạn chế với hệ thống 4G mạng có dây, với hệ thống mạng 5G, hình ảnh thực tế chất lượng cao có sẵn thời gian thực dựa sở hạ tầng 5G hỗ trợ truyền liệu tốc độ cao khối lượng lớn

Ở đây, kỹ thuật mã hóa bao gồm MVC (Mã hóa Đa Video) Mã hóa Video số MPEG 3D quan trọng để giảm thiểu thông tin trùng lặp cách ràng buộc dòng ảnh đa chiều vào luồng

Ví dụ kỹ thuật là:

1) Công nghệ xử lý liệu hình ảnh để tạo hiệu hình ảnh 3D sử dụng nhiều hình ảnh 2D, thơng tin độ sâu siêu liệu

2) Công nghệ xử lý liệu ảnh số lượng lớn (ví dụ, tạo hình ảnh 360 độ từ hình ảnh luồng ghi lại từ nhiều chế độ xem) thường không hỗ trợ thiết bị

3) Các công nghệ bao gồm NFV, SDN để hỗ trợ vận hành mạng đám mây cách động, linh hoạt mở rộng

4.1.3 Mạng toàn cầu dựa tảng đám mây

Điều thực hiên tảng kỹ thuật NFV (ảo hóa mạng) / SDN (mạng phần mềm xác định)

 Hoạt động mạng lõi ảo dựa NFV: Một công nghệ để xây dựng điện tốn đám mây cách ảo hóa phần cứng tiêu chuẩn vận hành loạt chức mạng / dịch vụ mạng dựa phần mềm

 Virtualized RAN: Một công nghệ để tập trung ảo hóa DU (Digital Unit) trạm gốc thành đám mây dựa phần cứng tiêu chuẩn xử lý tín hiệu RAN thời gian thực

 SDN phối hợp: Quản lý hiệu quản lý vòng đời dịch vụ mạng dựa phần mềm từ nhà cung cấp dịch vụ mạng tập trung thống

tích hợp đầu cuối Trong hội tụ với liệu lớn công nghệ phân tích, orchestration cung cấp sở cho dịch vụ NI (Network Intelligence) / BI (Business Intelligence) * Orchestration xếp tự động, điều phối quản lý hệ thống máy tính dịch vụ Orchestration thường thảo luận có trí thơng minh vốn có chí kiểm sốt tự trị ngầm, khát vọng vấn đề trừu tượng mô tả kỹ thuật Trong thực tế, phối hợp chủ yếu ảnh hưởng tự động hóa hệ thống triển khai yếu tố lý thuyết điều khiển

Hình 4.2: Sự phát triển mạng lưới phần mềm dựa NFV / SDN 4.1.4 Mạng thông minh tối ưu hóa mạng dựa phân tích

 Phân tích liệu: Một cơng nghệ để cung cấp nhìn sâu sắc tượng liệu cụ thể cách so sánh nhanh chóng khơng gian đa chiều, phân tích suy diễn lượng lớn liệu đa chiều / khơng có cấu trúc

 Mạng lưới thơng tin phân tích: Một cơng nghệ để tối ưu hóa hoạt động hiệu suất mạng sử dụng thông tin hiệu suất, nhật ký, lưu lượng vv thu thập từ thiết bị mạng khác

 SON (Mạng tự tổ chức) dựa phân tích: Một cơng nghệ hoạt động mạng để tự động phát bất thường, tối ưu hóa thực biện pháp cần thiết cách phân tích liệu lớn tạo từ mạng không dây thời gian thực

gồm hoạt động, hiệu bảo mật phân tích thời gian thực liệu thu thập từ mạng, người dùng đối tượng khác

Từ phân tích liệu dựa OAM (Operation and Management) trước đó, phương pháp phân tích liệu phát triển thành "phân tích liệu lớn" sử dụng nhật ký hệ thống liệu thu thập từ thiết bị với chẩn đốn xác ngun nhân, hoạt động, điều hành, quản lý trì hệ thống nào, cơng nghệ chuyển sang mơ hình phân tích liệu nhanh để phân tích thời gian thực

SON ITM (Quản lý Lưu lượng Thông minh) ví dụ điển hình Các cơng nghệ phát triển để phục hồi lỗi dự đoán lỗi tự động kiểm tra tối ưu hóa hệ thống 5G cung cấp cho người dùng dịch vụ tối ưu môi trường mạng phức tạp thông qua quản lý lưu lượng tối ưu hóa đường dẫn

Với nhu cầu ngày tăng dịch vụ cá nhân, công nghệ nhận diện trí tuệ thời gian thực trở nên quan trọng cung cấp thơng tin cá nhân cách nhận diện môi trường xung quanh bao gồm mặt, đối tượng, trị chuyện, âm với cơng nghệ Context-Aware suy diễn xác nhu cầu người dùng Ngồi ra, cơng nghệ dịch vụ orchestration API mở mở cánh cửa cho tảng hệ sinh thái cho phép phát triển dịch vụ mở, hợp tác tự động hố

Hình 4.3: Sự phát triển phân tích số liệu cho mạng viễn thông 4.1.5 Mạng lưới vận tải linh hoạt / nhanh

 POTN (mạng truyền tải quang Packet): Giao thông quang học AII-IP * Hiểu rõ báo

động, lỗi, thông tin trạng thái khứ

* Phân tích nguyên nhân gốc rễ cho vấn đề xảy

* Lặp lại kiểm tra để phân tích giải

* Hiểu biết vấn đề dự kiến trường hợp

* Phân tích liệu end to end * Phân tích vấn đề liên quan, mơ hình kiện mối quan hệ

 Truyền tải SDN: Công nghệ mạng tích hợp để sử dụng hiệu tự động kiểm sốt tài ngun mạng mơi trường mạng đa lớp, nhiều nhà cung cấp, đa miền

Để xử lý lưu lượng liệu khối lượng lớn 5G, mạng lưới truyền dẫn cần cải thiện đáng kể công suất thông qua "công nghệ truyền dẫn quang tốc độ 100Gbps" mạng lưới truyền tải 5G xây dựng cách tăng cường công nghệ OFDMA quang học

Mạng All IP (AIPN) xem chìa khóa để xây dựng đưa hệ thống 5G vào thực tế Kiến trúc mạng IP phẳng đáp ứng nhu cầu ngày cao người sử dụng việc truyền nhận liệu đảm bảo thời gian thực

Mạng All IP (AIPN) phát triển từ hệ thống 3GPP nhằm đáp ứng nhu cầu ngày tăng thị trường viễn thông Để đáp ứng nhu cầu khách hàng ứng dụng thời gian thực hệ thống mạng di động băng thông rộng, nhà cung cấp dịch vụ mạng không dây dần chuyển qua sử dụng kiến trúc mạng IP phẳng IP phẳng loại bỏ việc phân cấp mạng, thay xếp chồng liệu mạng, kiến trúc liệu đơn giản hóa chia nhỏ để thực việc loại bỏ thành phần phức tạp

Các ưu điểm kiến trúc mạng IP phẳng:

- Chi phí thấp - Truy cập liên tục - Giảm độ trễ hệ thống

- Tách riêng truy cập vô tuyến phát triển mạng lõi.

Những khía cạnh quan trọng mạng All IP:

- Hỗ trợ cho nhiều hệ thống truy cập khác - Hiệu suất quản lý di động cao

- Có khả thích ứng chuyển đổi phiên thiết bị đầu cuối

- Có khả lựa chọn hệ thống truy cập thích hợp dựa dải tiêu chuẩn - Cung cấp dịch vụ ứng dụng tiên tiến, liên tục khắp nơi

- Có khả xử lý hiệu định tuyến tối ưu loại hình tuyến IP khác

người dùng đến người dùng, người dùng đến nhóm người dùng, …

Mạng 5G sử dụng kiến trúc IP phẳng để làm tảng nâng cấp mạng vô tuyến thành mạng lõi Nano (NanoCore) Đồng thời, mạng 5G sử dụng công nghệ Nano công cụ bảo vệ trước đề an ninh nảy sinh sử dụng mạng IP phẳng

4.1.6 Kiến trúc mạng

4.1.6.1 Truyền thông Trực tiếp D2D

Truyền thông Trực tiếp D2D (Device to Device): Công nghệ để chia sẻ trực tiếp loại nội dung đa dạng thông tin liệu thiết bị Truyền thông D2D cách hiệu để nâng cao dung lượng hệ thống hiệu phổ thiết bị trực tiếp giao tiếp với cách chia sẻ nguồn tài nguyên tần số mạng Bên cạnh đó, DUE (D2D UE – thiết bị người sử dụng dùng truyền thơng D2D) thực trình chuyển tiếp truyền dẫn để tạo liên kết truyền thông nhiều bước (multi-hop) Khả cho phép cải thiện mở rộng phạm vi bao phủ truyền thơng D2D Một số lợi ích tiềm ẩn D2D bao gồm:

o Quản lý tài nguyên vô tuyến điện: không giống Bluetooth WiFi, 5G hoạt động dải cấp phép tài nguyên vô tuyến quản lý cẩn thận mạng, để giảm thiểu can thiệp tối đa hóa hiệu suất hệ thống Các chế tương tự mở rộng đến D2D

o Hiệu suất: truyền thông trực tiếp thiết bị lân cận đạt tốc độ truyền liệu cao độ trễ thấp truyền thơng thơng qua trạm gốc 5G Ví dụ, thiết bị gần máy số đến trạm gốc gần trạm gốc bận rộn nút Mạng kiểm sốt tài ngun vô tuyến sử dụng cho kết nối để tối đa hóa phạm vi, thơng lượng dung lượng hệ thống tổng thể

o Sử dụng lại quang phổ: D2D cho phép tái sử dụng quang phổ so với cell nhỏ 5G, cách hạn chế việc truyền dẫn vô tuyến tới kết nối điểm-điểm hai thiết bị

o Tải mạng: giảm bớt trạm gốc thành phần mạng khác mạng 5G, ví dụ truyền tải nội dung đa phương tiện trực tiếp thiết bị đầu cuối di động, làm giảm tải mạng tăng khả hiệu

công nghệ không dây khác cách đồng hóa việc truyền nhận tín hiệu phát để giảm thiểu chu kỳ nhiệm vụ cần thức dậy phần mềm ứng dụng thiết bị có liên quan tìm thấy khu vực địa phương Trong đó, truyền trực tiếp thiết bị gần đạt với cơng suất truyền thấp

o An ninh: D2D tận dụng chế phân phối phân phối có sẵn LTE để đạt mức độ bảo mật cao

o Tiêu chuẩn: kết hợp D2D vào chuẩn LTE cung cấp công cụ chung cho dịch vụ dựa khoảng cách phương pháp tiếp cận khác nhà cung cấp ứng dụng khác Các tổ chức an tồn cơng cộng hưởng lợi từ kinh tế toàn cầu quy mô đạt hệ thống LTE rộng lớn

Giải pháp cho D2D gọi Proximity (Độ gần nhau) có hai thành phần chính, minh họa hình đây:

 D2D Discovery cho phép thiết bị di động sử dụng giao diện vô tuyến LTE để khám phá diện thiết bị có khả D2D khác vùng lân cận và, phép, để xác định số thông tin định chúng

 D2D Communication sở cho thiết bị di động D2D sử dụng giao diện vô tuyến LTE để giao tiếp trực tiếp với nhau, mà không định tuyến lưu lượng truy cập thông qua mạng LTE Mạng lưới tạo cảm giác nhẹ nhàng cách kiểm sốt việc phân bổ nguồn tin vơ tuyến bảo mật kết nối

Mục đích D2D để cung cấp dịch vụ D2D qua phạm vi lên đến 500m (phụ thuộc vào điều kiện truyền tải tải mạng) Đối với dịch vụ cơng tổng qt, D2D có sẵn thiết bị di động nằm phạm vi phủ sóng mạng di động, điều cho phép mạng giữ quyền kiểm soát cuối tài nguyên an ninh Chỉ ứng dụng an tồn cơng cộng, khả D2D thơ sơ có sẵn khơng có mạng

4.1.6.2 Multi-RAT

Đến năm 2020 - 5G cho phép công nghệ gọi "Multi-RAT" (Radio Access Technology - Công nghệ truy cập vô tuyến) để giải sức chứa thông lượng người dùng

Công nghệ truy cập vô tuyến khác RAT (Radio Access Technology) phương pháp kết nối vật lý cho mạng thông tin vô tuyến dựa Nhiều điện thoại đại hỗ trợ nhiều RAT thiết bị Bluetooth , Wi-Fi, 3G , 4G LTE

Gần đây, thuật ngữ RAT sử dụng thảo luận mạng không dây không đồng Thuật ngữ sử dụng thiết bị người dùng chọn loại RAT sử dụng để kết nối với Internet Điều thường thực tương tự lựa chọn điểm truy cập mạng dựa IEEE 802.11 (Wi-Fi)

Để thực dịch vụ 5G, cần tăng cường đáng kể dung lượng người dùng công suất tổng thể hệ thống so với hệ thống 4G Cụ thể, sử dụng lượng lớn băng thông hệ thống đảm bảo tăng công suất cách phân bổ nhiều tài nguyên tần số cho người dùng hệ thống Do đó, sử dụng phổ tần có băng thơng rộng coi vấn đề quan trọng cho hệ thống 5G

Xu hướng quản lý phổ biến gần tổng hợp phổ tần cấp phép khơng có giấy phép để mở rộng băng thơng hệ thống có Phổ khơng có giấy phép có nhiều băng thơng Để hệ thống 5G sử dụng phơng khơng có giấy phép, điều cần phải xảy quy định áp dụng cho dải tần số: 1-Hệ thống Điều khiển Công suất phát (TPC), 2-DFS (Dynamic Frequency Selection) 3- Listen Before Talk - LBT)

độc đáo RAT cải thiện tính thực tiễn tồn hệ thống Ví dụ, hệ thống 4G sử dụng để trao đổi thông điệp điều khiển để trì kết nối, thực chuyển giao, cung cấp dịch vụ thời gian thực Volte Cơng nghệ hoạt động băng tần khơng có giấy phép mmWave hỗ trợ dịch vụ tỷ lệ liệu gigabit Nhiều tế bào mmWave phủ lên tế bào macro 4G phía dưới, thể hình 4.5

Hình 4.5: Mạng phủ tế bào nhỏ mmWave tích hợp với hệ thống Underlay 4G Hơn công nghệ Multi-Rat cho phép 5G trì kết nối mạng thời gian vị trí, mở khả kết nối tất thiết bị kết nối mà khơng cần can thiệp người Ngồi để cung cấp hỗ trợ lên đến triệu kết nối đồng thời km vuông với tốc độ liệu cao hơn, tạo điều kiện cho nhiều loại dịch vụ D2D bao gồm đo khơng dây, tốn di động, lưới điện thông minh giám sát sở hạ tầng quan trọng, nhà kết nối, giao thông thông minh, y học từ xa Các thiết bị thông minh liên lạc với cách tự chủ chia sẻ thông tin cách tự Kết nối khắp nơi cần băng thông lớn thực thay đổi sống người cách kết nối thứ

4.1.6.3 Mạng di chuyển MN

Relay Node) phương tiện lại để hình thành Cell di động riêng phương tiện đó, gọi mạng di chuyển MN

Bằng việc sử dụng Anten thích hợp, MRN giảm chí loại bỏ suy hao xuyên qua (penetration loss) xe cộ, loại suy hao mà ảnh hưởng tương đối lớn đến trình giao tiếp hệ thống Hơn nữa, điểm MRN khai thác tốt công nghệ Anten thông minh phương thức xử lý tín hiệu tiên tiến khác nhau, chúng bị hạn chế kích thước lượng so với thiết bị người sử dụng thường xuyên kết nối với trạm gốc

Hình 4.6: Mạng di chuyển MN

Các MRN có khả sử dụng để phục vụ người dùng bên phương tiện di chuyển, trở thành trạm gốc nhỏ có khả di chuyển mạng Vì vậy, phương tiện di chuyển hệ thống giao thơng đóng vai trị quan trọng mạng di động không dây tương lai Những phương tiện cung cấp thêm dung lượng thông tin mở rộng vùng phủ hệ thống truyền thông di động

Tuy nhiên, việc triển khai MRN gặp khơng khó khăn phải có hệ thống đường trục hiệu quả, yêu cầu công nghệ phân bố tài nguyên quản lý can thiệp phức tạp, phải có phương thức quản lý di động thích hợp…

4.1.7 Hoạt động nâng cao cho Multi-cell

 Cell linh hoạt: Một công nghệ để tự động lựa chọn giao tiếp với cell tốt cho môi trường kênh người sử dụng thời gian thực

Trong hệ thống mạng 5G, mạng khác sử dụng riêng cho mục đích khác mạng 4G kết hợp sử dụng có chọn lọc cần thiết, tăng tốc độ liệu thiết bị giảm thiểu tác động mạng lân cận Đối với cell nhỏ, thiết bị giao tiếp với nhiều cell dựa phối hợp chặt chẽ cell, hoạt động thể thiết bị có cell riêng Ngồi ra, điều quan trọng phải đảm bảo công nghệ nhận phản hồi chất lượng kênh nhiều cell từ thiết bị người dùng

Trong mạng 5G, thể hình 4.7 bên dưới, cell khác lựa chọn lần để cung cấp tốc độ tối ưu cho thiết bị q trình truyền cụ thể đó, tạo mơi trường lấy người dùng làm trung tâm, so với cell trung tâm tại, điện thoại cầm tay giao tiếp với cell cụ thể Cơ chế mang lại trải nghiệm người dùng cải thiện dịch vụ 5G cho môi trường người dùng

Ngồi ra, tốc độ liệu nâng cao thông qua công nghệ để tập hợp tương tác mạng khác bao gồm WiFi Trong khu vực có mạng WiFi mạng di động, liệu chia truyền hai mạng liệu truyền với tốc độ nhanh

Trong đó, băng thơng mạng thiết lập để mở rộng 5G cách triển khai cơng nghệ mạng di động băng tần khơng có giấy phép LTE cấp phép (LA-LTE), nơi băng tần khơng có giấy phép WiFi sử dụng cho LTE

Hình 4.7: Kết hợp tế bào người dùng làm trung tâm hoạt động mạng 4.1.8 Cell nhỏ, siêu dày đặc

 HetNet SON: Một kỹ thuật tự động tối ưu hóa hoạt động mạng khơng dây mơi trường cell đa dạng cải thiện QoS

Để hỗ trợ lưu lượng truy cập 1000 lần so với LTE, cần nâng cao lực mạng thông qua việc cải thiện đáng kể cell mở rộng nguồn tần số hạn chế khơng đủ Điều có nghĩa hệ thống 5G cần mạng lưới cell cực nhỏ có mật độ cell lớn

Trong môi trường cell nhỏ đặc biệt, kết hợp công nghệ 5G tiềm khác D2D, duplex siêu băng rộng mang lại hiệu hoạt động khác tế bào, việc thiết lập mạng lưới 5G cần đánh giá theo kịch để tìm kiếm kết hợp tối ưu

Do đó, người ta hy vọng có phân tích hiệu hoạt động cơng nghệ 5G tiềm khác mạng tế bào nhỏ cực mạnh phát triển công nghệ có liên quan bắt đầu việc xác nhận khái niệm thông qua mô giả đầu cuối công cụ kiểm chứng- khái niệm cuối dẫn đến việc thành lập mạng lưới thương mại ngun mẫu

Hình 4.8: Mơ hình mạng lưới 5G mạng nhỏ dựa cell nhỏ 4.1.9 Băng tần rộng RF & chùm tia 3D

 Chùm tia 3D: Một kỹ thuật cung cấp môi trường RF cho việc truyền tải tốc độ cao cách điều khiển sóng điện từ tạo nhiều chùm theo hướng dọc ngang

Tổng quan sóng milimet (mmW)

Sóng Millimetre đại diện cho phổ tín hiệu RF tần số 20GHz 300GHz với bước sóng từ - 15mm, xét khía cạnh mạng vơ tuyến thiết bị thơng tin, tên gọi sóng millimet tương ứng với số dải tần 24GHz, 38GHz, 60GHz gần đây, dãi tần 70GHz, 80 GHz sử dụng cơng cộng cho mục đích thiết lập mạng truyền thông vô tuyến

Bảng 4.1: So sánh công nghệ công nghệ mmW [9]

Công nghệ di động hiện

Công nghệ mmW trong tương lai

Dải tần số 300MHz – 3GHz 10GHz – 300GHz

Băng thông khả dụng 700MHz 100GHz

Băng thông cực đại kênh truyền

100MHz Chưa xác định

Tốc độ liệu trung bình 30Mbps 100Gbps Bước sóng khơng

khí

21,3cm (ở 700MHz) 0,5cm (ở 28GHz) Khoảng cách truyền tối đa

trong đô thị

3km (ở 700MHz) 300m (ở 28GHz) Mức suy hao tín hiệu Trong khơng khí:

0,005dB/km Khi có mưa lớn: 0,02 dB/km (ở 700MHz)

Trong khơng khí: 0,1dB/km

Khi có mưa lớn: 10 dB/km

(ở 700MHz)

Trong băng tần milimet có lợi lớn so với băng tần di động nay, sử dụng tần số băng tần rộng, vượt qua tổn hao đường truyền độ thẳng tương đối cao nhiễu xạ thấp sử dụng băng tần số cao thách thức lớn Để giải vấn đề này, nhiều tia mmW gom lại có độ lợi cao hình thành để vượt qua tổn hao đường truyền gia tăng

cường độ tín hiệu truyền nhận tới thiết bị đầu cuối ngăn chặn tín hiệu nhiễu Việc cho phép phân chia cell có hiệu chi phí theo thay đổi lưu lượng truy cập thực cell định hướng thuê bao (người sử dụng trung tâm cell)

Hình 4.9: Nhận phân phối điện trường cho phương pháp chùm tia 3D khác 4.1.10 Tăng cường công nghệ nhiều anten Massive MIMO

 Beamforming: cơng nghệ tập trung tín hiệu hướng trực tiếp vào mục tiêu cụ thể thay phát sóng tín hiệu wifi lan toả khu vực rộng lớn

 Thông tin phản hồi CSI / CQI: Một kỹ thuật tăng độ xác CSI (Channel State Information - thông tin trạng thái kênh) CQI (Channel Quality Indicator - số chất lượng kênh) thu từ trạm gốc đồng thời giảm thiểu tín hiệu đường lên

Cơng nghệ truyền dẫn đa đầu vào đa đầu (MIMO – Multiple Input Multiple Output) triển khai 4G MIMO kỹ thuật truyền dẫn sử dụng đồng thời nhiều Anten phát thu

Hình 4.10: Mơ hình kênh MIMO với Anten phát Anten thu MIMO có ưu điểm:

- Tăng độ lợi mảng, làm tăng tỉ số tín hiệu nhiễu đồng thời làm giảm tỷ suất lỗi bit

- Tăng độ lợi phân tập, giảm tượng fading thông qua việc sử dụng hệ thống anten

phân tập, nâng cao chất lượng hệ thống

- Có khả tối đa hóa độ lợi anten theo hướng định - Tăng hiệu phổ: cách sử dụng ghếp kênh không gian

- Tăng dung lượng kênh mà không cần tăng công suất phát băng thông

Nhược điểm:

- Tăng độ phức tạp xử lý tín hiệu phát thu - Kích thước thiết bị di động tăng lên

- Nhiễu đồng kênh: sử dụng nhiều anten truyền liệu băng tần - Nhiễu liên kênh: nhiều người sử dụng hệ thống MIMO

Mặc dù có ưu điểm bật vây, để đáp ứng cho hệ thống thông tin di động 5G tương lai, nghiên cứu việc nâng cấp kỹ thuật MIMO triển khai Một lĩnh vực nghiên cứu lên truyền thông MIMO đa người dùng, hệ thống Massive MIMO (có thể hiểu MIMO quy mô lớn)

Hệ thống truyền thông Massive MIMO đề suất vào năm 2010 thu hút quan tâm giới viễn thông Vào năm 2013, số đặc biệt tạp chí IEEE dành riêng để nói hệ thống Massive MIMO tầm quan trọng việc nâng cao hiệu lượng truyền thông năm 2015 trở

Hệ thống Massive MIMO vượt mặt hệ thống việc sử dụng số lượng lớn (hàng trăm, lên đến hàng ngàn) anten dịch vụ Các anten bổ sung tập trung truyền tải thu nhận lượng tín hiệu vào vùng không gian nhỏ Điều đưa đến cải tiến lớn hiệu thông lượng lượng, đặc biệt kết hợp với đồng thời số lượng lớn thiết bị đầu cuối người sử dụng

Massive MIMO có ưu điểm:

- Công suất: Gọi số lượng Anten phát thu, tỉ số SNR

Rõ ràng, dung lượng tăng uplink downlink ta sử dụng Massive MIMO

- Độ trễ: Độ trễ đường truyền vô tuyến bị ảnh hưởng mạnh fading Bằng việc

sử dụng Massive MIMO kết hợp với kỹ thuật tiền mã hóa, kỹ thuật Beamforming, ta hạn chế ảnh hưởng tượng fading

- Chi phí lượng: Bằng việc giới hạn tín hiệu vùng khơng gian vơ

cùng nhỏ, Massive MIMO đạt độ lợi cao với lượng thấp anten Thực sự, tổng lượng Massive MIMO thấp nhiều so với MIMO truyền thống, điều đồng nghĩa với việc chi phí thấp hơn, khuếch đại lượng với hệ số thấp (MiliWatt thay cho hàng chục Watt)

Hệ thống Massive MIMO thường hoạt động chế độ truyền dẫn song công phân chia theo thời gian TDD, nơi mà kênh truyền dẫn uplink downlink có tần số giống lại khác thời gian Các kênh truyền vật lý hệ thống xem đối xứng, tức truyền dẫn diễn đồng thời hướng

Cũng công nghệ nào, Massive MIMO có nhược điểm thách thức riêng nó:

- Nâng cao thuật tốn xử lý tín hiệu: Phối hợp hàng trăm (có thể hàng ngàn) Anten để

tạo tín hiệu Beamforming hồn tồn khơng phải điều dễ dàng Bên cạnh đó, mức lượng phát xạ hạ xuống, việc tiêu thụ lượng tín hiệu băng sở lại tăng lên phải thực nhiều trình xử lý Đã có vài thuật tốn tuyến tính cận tuyến tính q trình xử lý với thời gian thực đề xuất, thách thức Massive MIMO

- Ước lượng kênh truyền: Việc ước lượng kênh truyền thực tín

hiệu giám sát UE uplink Tuy nhiên, việc ước lượng cho tuyến downlink lại phức tạp nhiều Nó u cầu downlink phải có số lượng tín hiệu giám sát trực giao tương ứng với số lượng hàng trăm (hàng ngàn) Anten, việc gây tượng lây nhiễm tín hiệu giám sát (pilot contamination)

- Triển khai phần cứng: Mỗi anten đơn Massive MIMO thiết kế đơn giản

- Khả thích ứng: Massive MIMO cịn giai đoạn thử nghiệm, việc triển

khai cho có khả thích ứng với cơng nghệ tiên tiến khác hệ thống 5G câu hỏi

Khi tần số cao sử dụng 5G, việc nén trạm gốc ăng-ten đầu cuối kích cỡ điều cho phép sử dụng công nghệ MIMO nâng cao Tuy nhiên, cần lưu ý số lượng ăng ten trạm gốc tăng lên, kênh không dây thiết bị đầu cuối trạm gốc khơng tăng nhiều Đặc biệt, anten trạm gốc gắn vị trí cao, khơng có tán xạ xung quanh anten trạm gốc

Mặc dù việc downlink lớp trở nên phổ biến LTE anten trạm gốc sử dụng phân cực 45/45 ° Tóm lại, ngồi phân cực, tồn cân số lượng yếu tố ăng ten có khu vực (mật độ), thứ hạng kênh khơng dây số lượng anten thiết bị đầu cuối tăng lên Để đạt tăng công suất thông qua MIMO 5G, cần áp dụng phương thức MU-MIMO (Multi - User MIMO) thiết bị đầu cuối khác cách xa lên lịch đồng thời tái sử dụng nguồn thời gian

Hình 4.11: Chế độ hoạt động chùm beam MU-MIMO (UE-specific beamforming) 4.1.11 Nâng cao IoT dạng sóng

 Công nghệ MTC (Machine-Type Comm): Công nghệ xử lý liệu truy cập đa công suất cao để hỗ trợ dịch vụ IoT mạng truyền thông di động

 Dạng sóng (NOMA): kỹ thuật truyền nhận làm tăng hiệu việc cung cấp nhiều người dùng liệu thông qua việc thu hẹp can thiệp người nhận chống triệt tiêu dựa lọc

 Liên lạc song cơng truyền thơng song cơng: Chương trình phân bổ linh hoạt cho tài nguyên download (DL) / upload (UL) công nghệ truyền nhận đồng thời dựa tự hủy giao thoa

Hình 4.12: Sự tiến triển cơng nghệ đa truy cập truyền thông di động

Để đáp ứng số lượng lớn thiết bị đầu cuối tăng công suất mạng di động, công nghệ truy cập đa truy cập thu hút ý, NOMA (NonOrthogonal Multiple Acess - đa truy cập không trực giao) Trong 4G sử dụng OFDMA cho phép truy cập nhiều số thiết bị đầu cuối giữ trực giao tần số NOMA cung cấp nhiều quyền truy cập sử dụng kiểm soát lượng miền tần số Đường xuống đường lên hệ thống truyền thông phân cách tần số (Frequency Division Duplex - FDD) theo thời gian (Time Division Duplex - TDD)

Đa truy cập không trực giao NOMA sử dụng theo thời gian, tần số mã Sau nhận tín hiệu, việc tách kênh thu khác biệt lớn hai người sử dụng Để trích xuất tín hiệu, việc lọc hủy bỏ nhiễu liên tiếp sử dụng bên máy thu Kênh thu bao gồm nhiều yếu tố kể mát đường truyền nhận tín hiệu đến tỷ lệ nhiễu khác biệt người sử dụng Mặc dù chia sẻ lượng làm giảm công suất phân bổ cho người dùng, người dùng - người có kênh lợi ích cao người có kênh lợi ích thấp hưởng lợi lên lịch nhiều phân bổ băng thơng nhiều Điều có nghĩa NOMA cho phép nâng cao lực hệ thống công việc phân bổ cho tất người dùng

Hình 4.13: Phương thức song cơng tần số truyền thông di động

cho chuyển tiếp băng tần 1575,42 MHz (L1) tiêu chuẩn khác tiêu chuẩn mạng có dựa FDD / TDD cần phải thay đổi yêu cầu xác nhận bổ sung cho môi trường đa cell Tuy nhiên, IBFD làm tăng độ phức tạp chuỗi RF, đòi hỏi phải phát triển trước công nghệ triển khai nhiều ăng ten

Hình 4.14: Truyền thơng song cơng băng tần 4.2 Dịch vụ

Trong chương này, đồ án thảo luận dịch vụ 5G khác ứng dụng 5G tạo dựa tiến triển công nghệ

4.2.1 Dịch vụ IoT (Internet of Things)

Trong kỷ nguyên 5G, dịch vụ Internet of Things lan rộng toàn xã hội, dịch vụ IoT kết nối massive, nơi tất đối tượng kết nối xuất

IoT ứng dụng vào nhiều lĩnh vực: - Quản lí chất thải

- Quản lí lập kế hoạch quản lí thị - Quản lí mơi trường

- Phản hồi tình khẩn cấp - Mua sắm thơng minh

- Quản lí thiết bị cá nhân - Đồng hồ đo thông minh - Tự động hóa ngơi nhà

- Bảo trì, dự đốn, giám sát hoạt động y tế

Hình 4.15: Kỷ nguyên vật kết nối internet Dịch vụ IoT tảng cở sở để dịch vụ khác đời

4.2.2 Hình ba chiều dịch vụ gọi 3D hologram

Hiện tại, dịch vụ gọi điện video độ nét cao (HD) dịch vụ thoại âm chất lượng cao sử dụng rộng rãi 4G Tuy nhiên, gọi video thoại có số cách để mang lại cho người dùng giống họ nói chuyện trực tiếp Tương lai 5G có bước tiến lớn phát triển giác quan, để cung cấp trải nghiệm giao tiếp thực tế cho người dùng, cho phép họ cảm thấy thể người khác bên cạnh họ

Hình 4.16: Khối lượng liệu yêu cầu theo loại hình ảnh

Trong trường hợp dịch vụ truyền trực tuyến độ nét cao, dịch vụ streaming nội dung đa phương tiện UHD theo thời gian thực đáp ứng nhu cầu xem buổi hịa nhạc kiện thể thao theo góc nhìn khác trở thành xu hướng

4.2.3 Dịch vụ AR / VR hấp dẫn quy mô lớn

Một dịch vụ không xa lạ thời điểm tại, nội dung AR / VR thu thập tạo sẵn người dùng tái sử dụng Nhưng kỷ nguyên 5G, dịch vụ tương tác thời gian thực Nghĩa nội dung AR VR thu phát trực tiếp đến người xem

Hình 4.17: Cơng nghệ AR

Tuy nhiên, mạng 5G tương lai thu thập thơng tin cảm biến khác bao gồm hình ảnh, liệu chiều sâu 3D, quay hồi chuyển, vv thời gian thực từ thiết bị khác điện thoại thông minh, xe hơi, camera quan sát, công suất siêu cao, thời gian thực kết nối masive Bằng cách nhận chúng theo thời gian thực thông qua phân tích số liệu trình bày thơng tin xử lý tối ưu hóa theo mục đích sử dụng sở thích người dùng thơng qua hình khác nhau, cung cấp trải nghiệm người dùng kết hợp với thực tế thời gian thực

Công nghệ VR dựa 5G dự kiến cho phép 'dịch vụ triển lãm nhập vai', theo tác phẩm, hình ảnh, phương tiện, đồ tạo tác trưng bày bảo tàng hay show diễn xem trực tiếp nhà cảm giác đứng bảo tàng hay show diễn Người dùng cần trả tiền trước xem thiết bị VR với hình ảnh âm 3D chí 7D

Ngồi ra, “dịch vụ chăm sóc hàng ngày AR”, theo số lượng loại thực phẩm tủ lạnh thời hạn sử dụng ln hiển thị

Hình 3.18: Dịch vụ VR streaming 4.2.4 Dịch vụ trễ cực thấp

Hình 4.19: Ví dụ robot cứu hộ điều khiển từ xa

Một vấn đề tương tự điều trị bệnh nhân nơi xa xôi, nơi bác sĩ dễ dàng ghé thăm robot Nhiều dịch vụ chăm soc y tế hay phẫu thuật điều khiển từ xa có độ trễ thấp tích cực sử dụng Bệnh nhân cần đến trạm y tế gần có trang thiết bị đại Sau đó, bác sĩ thơng qua robot hình ba chiều tiến hành khám chữa bệnh cho bệnh nhân

Hình 4.20: Dịch vụ y tế từ xa cần kiểm soát độ trễ thấp

Hình 4.21: Các dịch vụ xe kết nối 4.2.5 Dịch vụ thông minh dựa phân tích liệu

Trong kỷ nguyên 5G, tiến công nghệ liệu dựa nhiều thông tin thu thập trước điều làm tăng dịch vụ thông minh khác Các dịch vụ thông minh trước chủ yếu sử dụng cho mục đích báo cáo cách thu thập số liệu thống kê Cơng nghệ phân tích liệu phát triển nhanh chóng năm gần đây, phát triển theo cách mà phân tích thơng tin q khứ dự đốn thơng tin tương lai Hiện tại, cơng nghệ phân tích liệu chủ yếu sử dụng để nâng cao hiệu kinh doanh hoạt động quản lý mạng tổng thể

Sự kết hợp 5G công nghệ liệu lớn vượt xa việc đơn giản cung cấp thông tin dịch vụ điều hướng, hướng dẫn nơi ăn uống tốt nhất, đưa khuyến nghị sản phẩm dịch vụ để làm cho sống hàng ngày trở nên tiện lợi thoải mái Ngồi ra, lồng ghép vào sống người dân thông qua dịch vụ cá nhân để có sống thơng minh giúp tiết kiệm thời gian chi phí

và nhu cầu người sử dụng Cụ thể hơn, loạt thiết bị đầu cuối đeo (như Smart Glass, Badge Camera, nằm thể loại IoT thu thập số lượng lớn liệu thời gian thực Các liệu khác bao gồm hình ảnh có độ phân giải cao gửi tới lưu trữ đám mây dung lượng cao Sau đó, thơng qua phân tích liệu, kỹ thuật học sâu trí tuệ nhân tạo điện tốn đám mây, thơng tin môi trường xung quanh người dùng mặt, trị chuyện, âm thanh, đối tượng, vị trí, vv trở nên có sẵn thời gian thực dựa ngữ cảnh suy Do ngữ cảnh làm sở cho việc suy nhu cầu người dùng, cho phép cung cấp thông tin tùy chỉnh cho người dùng (ví dụ: AR, âm thanh, video, v.v.) thời gian thực không chậm trễ

Hình 4.22: Dịch vụ nhận thức ngữ cảnh thời gian thực thông minh nhân tạo 4.2.6 An tồn cơng cộng dịch vụ cứu trợ tai hoạ

Hình 4.23: Sự tiến triển dịch vụ cứu trợ thiên tai 5G 4.3 Phổ

4.3.1 Các băng tần số yêu cầu 5G

Phân tích yêu cầu tần số mong muốn lưu lượng truy cập tăng lên thời kỳ 5G cho thấy băng thông lên đến 1960 MHz đó, xem lại băng tần số khác bao gồm băng tần siêu cao 6GHz để truyền thông 5G

ITU-R xem xét phổ tần 6GHz băng tần ứng cử viên tiềm cho 5G cho quốc gia công ty đề xuất băng tần IMT GHz ITU-R WP5D (Nhóm cơng tác 5D) để đề xuất băng tần ứng cử viên 5G WITU-RC-15 Hàn Quốc đề xuất băng tần số 1452-1492 MHz, 1980 ~ 2010 MHz, 2170-2200 MHz, 3,6 ~ 4,2 GHz 4,4-5,0 GHz cho ITU-R băng tần 1,5 GHz 3,6 ~ 4,2 GHz, dường ứng cử viên mạnh xem xét yêu cầu tần số tại, yêu cầu 5G hài hịa tồn cầu

4.3.2 Dự báo nhu cầu tương lai băng tần 5G

Người ta dự đoán vào năm 2020, tổng yêu cầu phổ phát sinh từ tăng trưởng lưu lượng truy cập thời kỳ 5G từ 1340 MHz đến 1960 MHz dựa phân tích mật độ người dùng có tính đến nhu cầu thị trường, tiến công nghệ, cách tiếp cận để xây dựng mạng Ngoài ra, cần phải có băng thơng bổ sung khoảng 1000 MHz băng siêu cao tần, điều khác tùy thuộc vào lưu lượng truy cập thực tế

ITU-R dự báo khoảng 1340 đến 1960 MHz cần đến việc phân tích yêu cầu RATG (Radio Access Technique Group) (IMT-2000) & RATG (IMT-Advanced) - thể Bảng 3.2 - xem xét nhu cầu thị trường, tiến công nghệ xây dựng mạng

Cần thêm dải phổ tần 1000 MHz cho dải tần số siêu cao (cmWave, mmWave) GHz giả định 30% tải mạng WLAN vv dựa phân tích yêu cầu phổ cho băng tần GHz

Bảng 4.2: Dự báo yêu cầu phổ tần theo ITU-R (2020)

Phân loại Yêu cầu phổ tần

RATG

Yêu cầu phổ tần RATG

Tổng phổ yêu cầu

Cài đặt mật độ người dùng thấp

440 MHz 900 MHz 1,340 MHz

Cài đặt mật độ người dùng cao

540 MHz 1,420 MHz 1,960 MHz

4.4 Kết luận chương

Mạng thông tin di động 5G hứa hẹn đem lại thay đổi lớn cho ngành công nghiệp dịch vụ thông tin di động Sự thay đổi mạng 5G không đơn cải thiện tốc độ liệu mà thay đổi vị trí, vai trị thơng tin di động việc cung cấp dịch vụ ứng dụng công nghệ Với kết nghiên cứu triển khai thử nghiệm công nghệ 5G cho thấy nỗ lực tinh thần hợp tác lớn quan quản lý, tổ chức quốc tế, viện nghiên cứu, nhà khoa học doanh nghiệp trình thực hóa tầm nhìn mạng thơng tin di động 5G, nhằm hướng tới giới thông minh hơn, sống đơn giản thứ kết nối hiểu biết lẫn

KẾT LUẬN

Sau nghiên cứu qua đề tài:" TÌM HIỂU MẠNG DI ĐỘNG 5G "nhờ giúp đỡ bảo

tận tình thầy giáo Ths Mai Văn Lập em hiểu thêm nhiều cấu trúc công nghệ áp dụng mạng di động từ mạng 1G, 2G, 3G, 4G 5G

TÀI LIỆU THAM KHẢO - ITU-T Focus Group IMT-2020 Deliverables

www.itu.int/dms_pub/itu-t/opb/tut/T-TUT-IMT-2017-2020-PDF-E.pdf - ITU towards “IMT for 2020 and beyond”

www.itu.int/en/ITU-R/study-groups/rsg5/rwp5d/imt-2020/Pages/default.aspx - 5G PPP architecture

5g-ppp.eu/wp-content/uploads/2017/07/5G-PPP-5G-Architecture-White-Paper-2-Summer-2017_For-Public-Consultation.pdf

4 - 5G SKT

5g.co.uk/white-papers/sk-telecom-5g-whitepaper/ - ITU

www.itu.int

6 - 5G PPP of Huawei 5g-ppp.eu

7 - IEEE – 5G

LỜI CẢM ƠN 8

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 13

1 Giới thiệu chung 13

1.1 Lịch sử đời phát triển 13

1.2 Phân loại hệ thống thông tin di động 14 1.2.1 Phân loại theo đặc tính tín hiệu 14 1.2.2 Phân loại theo cấu trúc hệ thống 15 1.2.3 Phân loại theo phương thức đa truy nhập vô tuyến 15 1.2.4 Phân loại theo phương thức song song 17

2 Một số hệ mạng di động 17

2.1 Hệ thống thông tin di động hệ 1G (First Generation) 19 2.2 Hệ thống thông tin di động hệ 2G (Second Generation) 22 2.3 Hệ thống thông tin di động hệ 3G (Third Generation) 23

3 Kết luận chương I 25

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRONG HỆ THỐNG THÔNG TIN DI

ĐỘNG 4G 26

1 Giới thiệu chung 26

2 Mô hình cấu trúc mạng 4G 27

2.1 Yêu cầu cấu trúc mạng mạng 4G 27 2.1.1 Hệ thống mạng có tính tích hợp 27

2.1.2 Hệ thống mạng có tính mở 28

2.1.3 Hệ thống mạng phải đảm bảo chất lượng dich vụ cho ứng dụng đa

phương tiện IP 28

2.1.4 Hệ thống mạng phải đảm bảo tính an tồn, bảo mật thơng tin 28 2.1.5 Hệ thống mạng phải đảm bảo tính di động tốc độ 29 2.2 Một số kỹ thuật nhằm làm tăng tốc độ đường truyền 29

2.2.1 Sử dụng anten thông minh 29

2.2.2 Sử dụng điều chế mã hóa thích ứng (AMC - Adaptation and

2.2.3 Ghép kênh phân chia tần số trực giao OFDM 30

2.3 Mơ hình cấu trúc mạng 4G 33

3 Công nghệ mạng 4G 35

3.1 Công nghệ tiền 4G 35

3.1.1 Giới thiệu 35

3.1.2 Cấu trúc mạng LTE 35

3.1.2.1 Mạng truy nhập vô tuyến 37

3.1.2.2 Mạng Core 38

3.1.2.3 Kiến trúc Roaming 38

3.2.Công nghệ LTE Advanced hệ 4G 39

3.2.1.Kết hợp sóng mang 41

3.2.2.Giải pháp đa anten cải tiến - MIMO 42 3.2.2.1.Mơ hình hệ thống MIMO (Multiple Input Multiple Output)43

3.2.2.2.Hệ thống Single user MIMO (SU-MIMO) 44 3.2.2.3.Hệ thống Multi User MIMO (MU – MIMO) 45 3.2.2.4.Sự khác thu nhận LTE LTE-Advanced45

3.2.3.Truyền dẫn đa điểm phối hợp 46

3.2.4 Các lặp nút chuyển tiếp 47

3.2.4.1 Các lặp 47

3.2.4.2 Các nút chuyển tiếp 47

4 Kết luận chương 49

CHƯƠNG 50

3.1 SỐ LIỆU THỰC TẾ VÀ THÁCH THỨC 50

3.1.1 Những số liệu thực tế 50

3.1.2 Thách thức hệ thống thông tin di động thứ 52 3.2 CÁC YÊU CẦU CHÍNH CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G 53

3.3 KHÁI NIỆM VÀ KIẾN TRÚC 55

3.3.1 Dịch vụ đổi 56

3.3.3 Cơ sở hạ tầng siêu kết nối 58

3.4 CÁC CÔNG NGHỆ CHO PHÉP 60

3.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 62

4.1 CÁC CÔNG NGHỆ 5G 63

4.1.1 Trải nghiệm người dùng thực tế xử lý nội dung 5G 63 4.1.2 Xử lý hiệu truyền tải đa phương tiện 65 4.1.3 Mạng toàn cầu dựa tảng đám mây 66 4.1.4 Mạng thông minh tối ưu hóa mạng dựa phân tích 67 4.1.5 Mạng lưới vận tải linh hoạt / nhanh 68

4.1.6 Kiến trúc mạng 70

4.1.6.1 Truyền thông Trực tiếp D2D 70

4.1.6.2 Multi-RAT 72

4.1.6.3 Mạng di chuyển MN 73

4.1.7 Hoạt động nâng cao cho Multi-cell 74

4.1.8 Cell nhỏ, siêu dày đặc 75

4.1.9 Băng tần rộng RF & chùm tia 3D 76 4.1.10 Tăng cường công nghệ nhiều anten Massive MIMO 78

4.1.11 Nâng cao IoT dạng sóng 82

4.2 DỊCH VỤ 84

4.2.1 Dịch vụ IoT (Internet of Things) 84

4.2.2 Hình ba chiều dịch vụ gọi 3D hologram 85 4.2.3 Dịch vụ AR / VR hấp dẫn quy mô lớn 86

4.2.4 Dịch vụ trễ cực thấp 87

4.2.6 An tồn cơng cộng dịch vụ cứu trợ tai hoạ 90

4.3 PHỔ 91

4.3.1 Các băng tần số yêu cầu 5G 91

4.3.2 Dự báo nhu cầu tương lai băng tần 5G 92

4.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 92

KẾT LUẬN 94

đường dây điện thoại, cáp quang, truyền dẫn vi ba mạng di động, vệ tinh thông tin liên lạc, dây cáp điện thoại đáy biển, trung tâm chuyển mạch, giao diện hệ điều hành trí thông minh tự trị tự động hóa lý thuyết điều khiển. Bluetooth Wi-Fi, 3G 4G LTE mạng không dây không đồng Phản hồi tình khẩn cấp Mua sắm thơng minh Quản lí thiết bị cá nhân Tự động hóa ngơi nhà ITU-T Focus Group IMT-2020 Deliverables www.itu.int/dms_pub/itu-t/opb/tut/T-TUT-IMT-2017-2020-PDF-E.pdf ITU towards “IMT for 2020 and beyond” www.itu.int/en/ITU-R/study-groups/rsg5/rwp5d/imt-2020/Pages/default.aspx www.ieeexplore.ieee.org